/
Автор: Магауенов Р.Г.
Теги: электрическая связь радиотехника учебное пособие служба безопасности сигнализация охрана
ISBN: 5-93517-147-3
Год: 2004
Текст
Р.Г.Магауенов
Системы охранной
сигнализации:
основы теории и принципы поароения
Рекомендовано УМО по образованию в области радиотехники,
электроники, биомедицинской техники и автоматизации
в качестве учебного пособия для студентов высших
учебных заведений, обучающихся по специальности
200700 «Радиотехника» направления подготовки
дипломированных специалистов
654200 «Радиотехника».
Москва
Горячая линия - Телеком
2004
ББК 32.88
М12
Рецензенты: доктор техн. наук, профессор А. А. Резнев,
доктор техн. наук, профессор А.В. Измайлов,
доктор техн. наук, профессор И. Д. Задеренко
Магауенов Р. Г.
М12 Системы охранной сигнализации: основы теории и принципы
построения: Учебное пособие. - М.: Горячая линия -Телеком, 2004.
-367 с: ил.
ISBN 5-93517-147-3.
Содержатся систематизированные сведения по учебному курсу
«Системы и средства охранной сигнализации». Большое внимание уделено
задачам разработки и эксплуатации технических средств охранной
сигнализации, вопросам методологии их создания и применения как элементов
технических систем обеспечения комплексной безопасности объектов
охраны. В основу книги положены материалы лекций, читаемых автором по
названной учебной программе начиная с 1999 г.
Для студентов вузов, может быть полезна инженерам,
специализирующимся в области создания и эксплуатации технических средств и систем
охранной сигнализации, а также руководителям и сотрудникам служб
безопасности (охраны) объектов.
ББК 32.88
Адрес издательства в Интернет www.techbook.ru
e-mail: radios_hl@mtu-net.ru
Учебное издание
Магауенов Рауль Габиденович
Системы охранной сигнализации:
основы теории и принципы построения
Учебное пособие
Редактор Е.П.Стариков
Компьютерная верстка И.Н. Алексеевой
Обложка художника В. Г. Ситникова
ЛР № 071825 от 16 марта 1999 г.
Подписано в печать 17.09.03. Формат 60x90/16.
Бумага офсетная. Усл. печ л. 22,97. Тираж 3000 экз Изд. № 147.
Отпечатано с готовых диапозитивов в ООО ПФ «Полиграфист».
160001, г. Вологда, ул. Челюскинцев, 3.
Тел.: (8172) 72-55-31, 72-60-72.
ISBN 5-93517-147-3 © Р. Г. Магауенов, 2004
© Оформление издательства
«Горячая линия-Телеком», 2004
Предисловие
Большое значение для обеспечения должного качества
подготовки специалистов с высшим техническим образованием,
безусловно, имеют современные средства обучения - учебники и
учебные пособия, отражающие современный уровень развития науки
и техники. Это в полной мере относится и к области научно-
прикладной деятельности по разработке, производству и
применению технических средств и систем охраны особо важных, режимных,
не режимных, но социально значимых или обладающих ценными
материально-финансовыми ресурсами объектов.
Несмотря на достаточно высокий уровень развития знаний
в этой области, до последнего времени учебников по теории
и практике создания технических средств и систем охранной
сигнализации (ТСОС) в интересах широкой подготовки соответствующих
инженерных кадров не было.
Как правило, эту область деятельности осваивают инженеры,
подготовленные в ВУЗах по радиотехническим, радиоэлектронным и
некоторым иным специальностям, которые овладевают
специализацией по ТСОС в процессе научно-производственной деятельности
на предприятиях различных министерств и ведомств. Однако есть и
редкие исключения, например, опыт Московского инженерно-
физического института, а также Пензенского государственного
университета, сумевшего организовать с 1995 г. подготовку инженеров
по техническим средствам охраны (специальность - «автономные
информационные и управляющие системы», квалификация -
технические средства охраны).
В целом для страны такое состояние дел в подготовке
специалистов по ТСОС не является удовлетворительным, ибо требует
больших дополнительных временных и материально-финансовых
затрат и при этом не достигаются цели системной подготовки
названных специалистов на основе единой методологии, как того
требует веление времени, характеризуемого высокой криминализацией
общества.
Исторически сложилось так, что разработка, производство,
осуществление проектных, монтажно-наладочных работ и в целом
внедрение технических средств охранной сигнализации на атомных
объектах страны (как наиболее приоритетных) было поручено во
времена Советского Союза (с начала 1960-х гг.) Министерству
среднего машиностроения. Преемником названного министерства в на-
стоящее время является Министерство атомной энергетики
Российской Федерации, которое унаследовало и роль головной
организации в деле создания ТСОС для решения задач обеспечения
безопасности атомных объектов. Оно распространило свою
деятельность в деле внедрения ТСОС и на объекты ряда иных отраслей
промышленности, привлекалось по линии ВПК к работам в
интересах ФПС, ФСБ России, Министерства обороны и других организаций.
Вместе с тем обеспечение безопасности объектов (важных,
особо важных, особого риска, режимных, особо режимных, не
режимных, но содержащих значительные материальные ценности
и т.д.) представляет собой столь широкую и многогранную область
деятельности, что она в той или иной мере осуществляется
практически многими предприятиями и организациями других министерств
и ведомств самостоятельно, сообразуя с характерными или
специфическими только для этих предприятий и организаций условиями
деятельности, например: Федеральная служба безопасности,
Министерство обороны, Министерство внутренних дел, Министерство по
связи и информатизации и т.д.
Таким образом, разработкой и производством ТСОС
занимаются многие другие министерства, а в последние годы - и многие
частные предприятия, создатели и многие сотрудники которых
являются выходцами из тех или иных государственных предприятий
и организаций, в которых эти люди получили необходимые знания,
умения и навыки по разработке и производству ТСОС.
В Минатомэнерго и других крупных министерствах,
занимающихся созданием ТСОС, их разработка, конструирование,
производство, испытания, монтажно-наладочные работы регламентируются
отраслевыми стандартами, которые, несмотря на порой
существенные отличия, все же устанавливают требуемые для надежной
эксплуатации параметры качества изделий.
Однако, отсутствие необходимой номенклатуры единых
государственных стандартов по регламентации данной деятельности
привело к тому, что порой два человека, получивших специализации
в разных организациях, часто по-разному воспринимают и
оценивают по существу одинаковые технические решения. Кроме того
существует методическая несогласованность способов оценки
параметров ТСОС, что порождает возможность посредством подмены
понятий вводить потребителя в заблуждение. Очевидно, еще сложнее
ориентироваться в гамме нюансов (теоретического и прикладного
характера) по созданию и применению ТСОС людям, начинающим
работать в этой области или недостаточно квалифицированным.
Такие факторы как: различия в отраслевых стандартах,
описывающих по-разному сходные или даже одинаковые понятия
и процессы, неоднозначная трактовка практически близких
технических решений, возможность осуществления выборочного (выгодного
продавцу) представления тактико-технических характеристик (ТТХ)
изделий, неполнота правовых норм организации деятельности
посредников и многое другое создают реальные предпосылки не
чистым на руку дельцам строить в этой сфере деятельности бизнес,
основанный (явно или неявно) на обмане потребителей.
Преградой последнему в какой-то мере могло бы быть
наличие систематизированного курса (книги), излагающего основы
теории и практики создания и применения ТСОС, который помог бы
начинающим, малоквалифицированным, а может быть и достаточно
опытным специалистам осознать методологические аспекты данной
деятельности с тем, чтобы не допустить ошибок в конкретном деле.
В особенности это важно при проектировании технических
систем обеспечения безопасности особо важных и режимных
объектов и их оснащении техническими средствами охраны.
Автор надеется, что изложенный в данном учебном пособии
материал, наряду с целями обучения, соответствует и названной
выше цели, т.е. послужит делу не только подготовки инженерных
кадров, но также просвещению и производителей и потребителей
ТСОС, поможет им лучше понимать друг друга, объективно
оценивать качество создаваемой (приобретаемой) аппаратуры ТСОС.
Анализ опыта работы выпускников (с 1999 г. состоялось три
выпуска), получивших специализацию в соответсвии с названной учебной
программой (и соответственно - с излагаемыми в данном учебном
пособии знаниями), показывает, что они на практике демонстрируют
хорошие знания, осознанное и системное восприятие проблем и
задач как в части разработки новых ТСОС, так и в плане создания
проектов оснащения техническими средствами охраны конкретных
объектов, что предполагает, безусловно, грамотный выбор покупных
изделий на рынке.
Коль скоро книга предназначена не только студентам
технических ВУЗов, но и сотрудникам служб безопасности, разработчикам
ТСОС и руководителям предприятий, на которых требуется
организация охранной деятельности с применением ТСОС, в отдельных
главах изложение некоторых основных принципов, понятий и
определений дано в повторе с определенными новыми (нужными для
лучшего понимания данной главы) комментариями. Такой прием
преследует методические цели доступности и относительной
самостоятельности материала отдельно взятой главы, что создает
возможность самообразования.
В список литературы включены лишь те работы, ссылки на
которые делаются в тексте или содержание которых в той или иной
мере использовано при изложении материала.
Материалы литературных источников переработаны автором
так, чтобы их изложение соответствовало назначению учебного
пособия по формированию у слушателей знаний, исходя из положений
теории обучения и дидактических принципов (доступность,
системность обучения, закрепление знаний, практическое применение
знаний, умений и навыков). Структура учебного пособия такова, что
предполагает возможность и самообразования (без учителя), так как
содержание каждой главы представляет собой достаточно
самостоятельное изложение отдельной темы. Однако, изучение первой
главы обязательно, ибо здесь заложено формирование понимания
методологических аспектов проектирования систем безопасности,
без чего невозможно правильное восприятие отдельно взятой темы
как составного элемента единой системы знаний.
Подбор, систематизация литературных источников и
написание книги заняли более 4-х лет и все-таки, когда книга уже написана,
видишь, что многое в ней следовало бы переделать или доработать.
Например, безусловно, необходимо разработать и включить
материалы по методике закрепления знаний в виде описания
рекомендуемых лабораторных работ, задач и упражнений. Работа в этом
направлении ведется, ее результаты будут включены во второе
издание, либо изданы в виде сборника упражнений и задач. В данной
книге даны лишь формулировки контрольных вопросов (вопросов
для закрепления знаний), по полноте ответов на которые можно
будет судить об уровне знаний слушателей. В конце книги
сформулированы базовые тематические направления для разработки
курсовых и дипломных работ, приведены названия курсов (предметов),
которые должны знать слушатели для успешного выполнения этих
работ и в целом для осознанного восприятия излагаемых знаний.
Учитывая назначение книги быть учебным пособием, думается,
было бы правильным предварительно собрать и обобщить возможно
большее количество критических замечаний и пожеланий читателей,
отложив доработки и переделки до вероятного переиздания. В связи
с этим убедительно прошу присылать замечания и пожелания
в Издательство. Я восприму их безусловно внимательно и вдумчиво
и использую для дальнейшего совершенствования содержания книги
как учебного пособия.
Данная книга не могла бы быть оформлена ранее 2003 г. без
значительной помощи моих коллег М.С. Антипова, Л.Г.
Афанасьевой, Д.В. Канунникова, А.И. Макарова, О.И. Семенов, Н.Р. Тупарева,
Е.В. Шаблыгиной в подготовке информационного материала,
рисунков, таблиц, схем и печатании текста.
Много времени и сил на чтение и рецензирование рукописи
книги затратил доктор технических наук профессор Резнев Алексей
Алексеевич, советы и предложения которого автор попытался
реализовать возможно полнее.
Выражаю всем названным и не названным, оказавшим
бескорыстную помощь в оформлении рукописи книги коллегам, мою
искреннюю признательность и благодарность, надеюсь, что данное
учебное пособие будет полезно не только студентам, но
и многим специалистам, занимающимся проблемами не только
создания и применения технических средств охранной сигнализации, но
и охранной деятельностью в широком смысле этого понятия.
Автор
Глава 1
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ СИСТЕМНОЙ КОНЦЕПЦИИ
ОБЕСПЕЧЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ОБЪЕКТОВ. ВОПРОСЫ
КАТЕГОРИРОВАНИЯ ОБЪЕКТОВ
И КЛАССИФИКАЦИИ НАРУШИТЕЛЕЙ И ТЕХНИЧЕСКИХ
СРЕДСТВ ОХРАНЫ
1.1. Исходные положения для разработки системной
концепции обеспечения безопасности объектов охраны
В данном разделе излагаются основные направления
деятельности по обеспечению безопасности объектов охраны (00),
привлекательных для преступников с различных точек зрения.
Преступные посягательства могут преследовать различные цели,
например:
- кражи материальных и/или информационных ценностей;
- имеющие в своей основе террористические действия,
направленные на решение политических или грабительских задач, как
то: разрушение объекта (вывод его из строя); захват управления
функционированием объекта (например, если это объекты
радиовещания, телевидения, связи, то захват осуществляется для
решения задач дезинформации, пропаганды, информационной блокады
населения); информационная разведка; ограбление; внедрение
членов организованных преступных формирований (ОФП) или групп
(ОПГ) в управленческие структуры и т.д.
Актуальность системного решения проблем и задач охранной
деятельности особенно возросла в последние годы, что диктуется
многими факторами, например:
- в современных условиях становления новых общественных,
экономических, политических, производственных и иных отношений
при недостатке механизмов их правового регулирования происходит
закономерный взрыв криминогенной обстановки. Резко
активизируется деятельность организованных преступных структур, происходит
их количественный рост, качественная техническая и методическая
оснащенность, проникновение в коммерческие, государственные,
в том числе и в правоохранительные органы. По информационно-
аналитическим обзорам специалистов (экспертов) уровень
преступности в ближайшие годы будет сохраняться;
- преступные действия организованных структур,
направленные на захват и ограбление учреждений, на получение
конфиденциальной (секретной) информации о деятельности предприятий и т.д.,
все в большей степени подготавливаются как глубоко продуманные,
технически хорошо оснащенные, смоделированные на достаточно
высоком интеллектуальном и психологическом уровне акции;
- по данным экспертов подготовка и проведение преступных
акций в большинстве случаев осуществляются на высоком
профессиональном уровне, характеризуются системным решением (в том
числе и в плане сокрытия следов) и часто отличаются жестокостью
исполнения.
Исходя из изложенного, разработчики системной концепции
обеспечения безопасности объектов в максимальной степени
должны учитывать мировой и отечественный опыт, касающийся всей
многогранной деятельности, организуемой по защите объектов.
Практика охранной деятельности показывает что необходим
научнообоснованный подход к решению проблем и задач охраны
объектов, в особенности, если это особо важные, особо опасные
объекты, объекты особого риска или объекты, содержащие большие
материальные ценности (например, банки, хранилища драгоценных
камней и металлов и т.д.).
В связи с тем, что наиболее высоким уровнем разработки
систем защиты характеризуются особо опасные, особо важные, особо
режимные объекты и банки, и этот опыт, безусловно, полезен для
объектов многих отраслей народного хозяйства, где возможно
придется работать сегодняшним студентам, в списке литературы
приведены наименования соответствующих источников,
опубликованных в открытой печати.
Очевидно, коль скоро действия преступников часто носят не
просто ухищренный, а системно продуманный профессионалами
характер, им следует противопоставить организацию и оснащение,
выполненные на более высоком уровне профессионализма. Этим
и объясняется необходимость разработки обобщенной системной
концепции по обеспечению безопасности объектов, которая в
каждом случае должна быть адаптирована к конкретному объекту,
исходя из условий его функционирования, расположения, характера
деятельности, географического положения, особенностей окружающей
среды и обстановки и т.д. Таким образом, для каждого конкретного
объекта должна разрабатываться на основе общей своя
собственная концепция безопасности, исходя из положений которой
разрабатывается проект оснащения объекта инженерно-техническими,
специальными и программно-аппаратными средствами защиты.
Данное учебное пособие предполагает изложение главным
образом тех знаний, которые относятся к созданию и применению
комплексов технических средств охранной сигнализации,
устанавливаемых для защиты объектов охраны.
Технические средства охраны (ТСО), установленные на
объектах охраны, должны в комплексе с силами физической охраны
и системой инженерных сооружений удовлетворять современным
(исходя из сложившейся криминогенной обстановки) требованиям по
охране 00 от устремлений потенциального нарушителя.
Учитывая изложенное, разработчики технических средств
охранной сигнализации (ТСОС) и комплексов технических средств
охраны (КТСО) при анализе исходных положений для определения
"моделей нарушителей" должны рассматривать и такие факторы,
характерные для современной жизни, как:
- наличие в свободной продаже зарубежных и отечественных
изделий спецтехники;
- возможность приобретения современного вооружения;
- возможность рекрутирования организованными преступными
формированиями подготовленных в силовых структурах людей;
- наличие значительных финансовых ресурсов в
криминальных структурах и т.д., т.е. факторов, расширяющих возможность
преступных формирований организовывать против объектов охраны
преступные действия с высоким уровнем их предварительной
подготовки.
Одной из центральных подсистем в системе обеспечения
безопасности 00 является автоматизированная система охраны
(АСО), с помощью которой реализуются практические меры по
предупреждению недозволенного доступа к технике, оборудованию,
материалам, документам и охране их от шпионажа в пользу
конкурентов, диверсий, повреждений, хищений и других незаконных или
преступных действий.
На практике действия АСО (рис. 1.1) складываются из двух
основных фаз: обнаружение нарушителя (в возможно короткий период
времени с момента его появления в охраняемой зоне) и его
задержание.
Задачи обнаружения нарушителя и определения места его
проникновения могут быть решены как с помощью патрулей из
личного состава службы охраны, так и с помощью технических средств
охраны. Задачи обнаружения нарушителя и контроля за состоянием
безопасности охраняемых объектов решаются, главным образом,
с помощью технических средств охраны и телевизионного
наблюдения. Применение этих средств позволяет в разумных пределах
(с точки зрения реализации определенной тактики охраны) снизить
11
Автоматизированная
система охраны
(АСО)
Комплекс инженерных
технических средств
охраны (КИТСО)
Личный
состав
ТСО
Комплекс технических
средств охраны
(КТСО)
Инженерные
средства
охраны (ИСО)
Рис. 1.1. Структура автоматизированной системы охраны
+ + *
Комплекс
(система)
охранной
сигнализации
(КОС)
;ТСОС
1 Ч
Технические
средства
наблюдения
(ТСН)
Средства и
системы
управления
доступом
(СУД)
Средства
обнаружения
(СО)
Система сбора
и обработки
информации
(ССОИ)
if
Вспомогательные
устройства
(ВУ)
Вспомогательные
устройства
(ВУ)
численность личного состава охраны, но при этом повысить
надежность защиты объекта, увеличить оперативность в принятии мер
к задержанию нарушителя.
В общем случае в состав комплекса технических средств
обеспечения безопасности объекта входят: технические средства
охранной сигнализации (ТСОС); технические средства наблюдения
(ТСН); система контроля доступа (СКД), в литературе применяются
также понятия-синонимы — система управления доступом (СУД)
и система контроля и управления доступом (СКУД); технические
J12
средства пожарной сигнализации (вопросы пожарной безопасности
здесь не рассматриваются); технические средства обнаружения ди-
версионно-террористических средств и технические средства
обнаружения (предотвращения) утечки информации. В состав ТСОС
входят: средства обнаружения (СО); система сбора, обработки,
отображения и документирования информации (ССОИ); вспомогательные
устройства (ВУ) - системы электропитания, охранного освещения,
оповещения и т.д.
Для решения задач и проблем выбора структуры и состава
комплекса технических средств охраны необходимо, во-первых,
проанализировать возможные варианты действий злоумышленника. Далее,
для определенности, будем применять термин "нарушитель", имея в
виду кого угодно, несанкционированным образом проникающего на
охраняемую территорию и в его помещения, а именно: случайного, не
имеющего определенных целей, человека; вора; грабителя;
террориста или группы людей, вторгающихся с преступной целью. Исходя из
анализа возможных действий нарушителя, составляются варианты
его моделей, которые и принимаются за основополагающий фактор
выбора тактики защиты объекта. Во-вторых, более углубленный или
менее углубленный учет параметров моделей нарушителей
осуществляется, исходя из значимости, ценности, важности объекта, т.е.
требуемой категории его защиты (безопасности).
Важное влияние на оценку параметров нарушителя оказывают
его стартовые позиции. Условно их можно разделить на четыре
группы:
- нарушитель не имеет доступа на территорию объекта и,
соответственно, преодолевает все рубежи охраны;
- нарушитель имеет доступ на объект, но не имеет доступа
в режимную зону;
- нарушитель имеет доступ на объект и режимную зону, но не
имеет доступа к конкретным охраняемым сведениям или
материальным ценностям;
- нарушитель имеет доступ на объект, в режимную зону и к
конкретным охраняемым сведениям или материальным ценностям.
Следует отметить, что при более простой (сложной) структуре
объекта число стартовых позиций соответственно может
уменьшаться (увеличиваться).
Очевидно, что для первой группы вероятность обнаружения и
сложность проникновения на объект для совершения
противоправных деяний в основном определяется КТСО, а для четвертой -
уровнем всей системы обеспечения безопасности, включая и
состояние режимной и кадровой работы, проводимой на объекте.
13
По каждой из возможных угроз необходимо определять
территории, подлежащие контролю, и временные интервалы их контроля.
Структурную схему передачи оператору КТСО информации
о наличии нарушителя можно представить в виде, приведенном на
рис. 1.2.
Нарушитель
Оператор
КТСО
ЧЭ
Блок
формирования
полезного
сигнала
Блок
обработки
СО
Линия
связи
Средства
отображения
ЧЭ - чувствительный элемент средства обнаружения
Рис. 1.2. Структурная схема передачи информации
о наличии нарушителя
Наиболее опасным, с точки зрения службы безопасности
(охраны) объекта (СБ (О)) является подготовленный и технически
оснащенный нарушитель, способный применить для обхода ТСОС
множество способов. Очевидно, модель защиты должна строиться, исходя
из моделирования всех возможных действий злоумышленника.
Вероятность обезвреживания (обнаружения и задержания)
нарушителя силами физической охраны существенно зависит от
характеристик ТСОС. Первая фаза - обнаружение нарушителя -
определяется вероятностью обнаружения нарушителя ТСОС, периодом
наработки на отказ и временем восстановления ТСОС; вторая фаза
- задержание нарушителя - зависит от времени обнаружения
нарушителя техническими средствами охранной сигнализации с момента
его появления на объекте и периода наработки на ложное
срабатывание. Последнее объясняется тем, что при ложном срабатывании
силы физической охраны отвлекаются на время проверки сигнала
"Тревога" и не способны провести проверку двух и более фактов
сработки ТСОС одновременно. Кроме того, ложное срабатывание
создает с неизбежностью (объективно по законам психологии)
стрессовую ситуацию, снижающую боеготовность сотрудников сил
физической охраны на некоторый период времени, необходимый
для восстановления гормонального баланса человеческого организ-
и
ма, а также порождает снижение бдительности из-за привыкания
к факту появления ложных срабатываний.
Таким образом, при разработке проекта оборудования 00
техническими средствами охранной сигнализации помимо гаммы
технических факторов необходимо учитывать факторы,
определяемые поведением нарушителя.
Рассмотрим, какие требования к проекту оборудования
объекта ТСОС порождаются возможными действиями нарушителя.
Возможность нарушителя найти маршрут, не блокированный
СО, должна быть исключена. Для предотвращения прохода
нарушителя должны быть блокированы все возможные маршруты движения
нарушителя. Состояние физических преград (инженерных
сооружений), имеющих большую стойкость и в связи с этим не
блокированных СО, должно периодически контролироваться патрулями из
личного состава охраны (обходно-дозорной службы) либо - с
использованием телевизионных средств наблюдения.
Для увеличения вероятности обнаружения подготовленного
и технически оснащенного нарушителя комплексом технических
средств охраны объекта могут организовываться полностью
скрытные (маскируемые) рубежи охраны.
С целью повышения устойчивости рубежей охраны к
преодолению они должны оборудоваться СО, работающими на разных
физических принципах действия (радиоволновые, ИК, сейсмические
и т.д.), а также должна быть реализована функция дистанционного
контроля. Комбинирование данных СО должно производиться по
схеме М из N (например, при М=2, N=3, если сработали не менее
двух из трех установленных СО, то принимается решение о выдаче
сигнала "Тревога"). Числа М и N определяются в ходе
проектирования КТСО индивидуально для каждого рубежа охраны объекта.
Для предотвращения обхода нарушителем рубежа охраны
путем использования ухищренных способов передвижения
необходимо устанавливать несколько СО, как правило, различных
физических принципов действия, рассчитанных на блокирование участка
при разных способах передвижения нарушителя. Для открытых
пространств скорость движения может изменяться от 0,1 до 8 м/с,
способы перемещения - от движения "ползком" до движения "в рост";
для физических преград (например, двери и ставни) способами
преодоления могут быть открывание и разрушение (полное или
частичное). Аналогично рассматриваются способы преодоления замкнутых
пространств, а также стен, перекрытий и т.п.
Для предотвращения возможности имитации работы СО
нарушителем соединительные линии системы сбора, обработки,
отображения и документирования информации (ССОИ) должны иметь
физическую и сигнализационную защиту коммутационных шкафов,
коробок и т.п. При прокладке кабелей предпочтение следует
отдавать скрытой проводке в закладных устройствах (трубах),
обеспечивающих дополнительное экранирование и инженерную защиту.
В настоящее время выпускается большое число ССОИ,
различающихся числом подключаемых СО, структурой соединительных
линий - радиальная (лучевая), шлейфовая (магистральная),
древовидная, петлевая (кольцевая) и другими характеристиками. Это
позволяет оборудовать объект любого размера наперед заданной
группы важности и/или категории защиты. Учет возможности вывода
из строя ТСОС подготовленным и технически оснащенным
нарушителем проводится при анализе возможных структурных схем
построения ТСОС и КТСО в целом. При этом из рассмотрения должны
быть исключены варианты, позволяющие замыканием (коротким
замыканием) шин питания или информационно-адресных шин КТСО
вывести его из строя. Для современных КТСО характерно
использование лучевой или древовидной структуры информационно-
адресных шин, раздельного управления и автономных защитных
цепей электропитания каждого канала.
Ниже рассмотрим некоторые основные требования к выбору
аппаратуры ССОИ, определяемые возможностью появления
подготовленного и технически оснащенного нарушителя и степенью его
подготовки и оснащенности. Возможность обхода ССОИ
подготовленным и технически оснащенным нарушителем учитывается при
выборе способа передачи информации в ССОИ. Различают три типа
аппаратно-программной реализации ССОИ:
I тип - с низкой устойчивостью к обходу;
II тип - со средней устойчивостью к обходу;
III тип - с высокой устойчивостью к обходу.
Под низкой устойчивостью ССОИ к обходу понимают такую
организацию опроса СО в АСО, при которой при снятии участка (СО)
с охраны состояние соединительной линии и датчика вскрытия СО
со стороны АСО не контролируются (отсутствует режим
"деблокирование").
Под средней устойчивостью понимают такую организацию
опроса СО в АСО, при которой при снятии участка (СО) с охраны
состояние соединительной линии и датчика вскрытия СО остаются
под контролем АСО (имеется режим "деблокирование").
Под высокой устойчивостью понимают организацию опроса
СО, аналогичную средней, но сообщения шифруются с
использованием кода, гарантированная стойкость которого к обходу
(дешифрации) составляет десятки тысяч часов.
Для предотвращения преодоления ТСО путем оказания
воздействия на оператора системы охраны или использования его
негативных качеств ССОИ должна иметь режим документирования
и иерархическую систему управления, т.е. оператор не должен
иметь полного контроля над ССОИ, необходимого лишь при ее
настройке, а в системе охраны больших объектов оператор не должен
обладать и возможностью снятия (постановки) некоторых участков
охраны.
Для того чтобы оперативно обнаружить выход из строя
составных частей КТСО, в том числе и в случае преднамеренных
действий (саботажа), применяется дистанционный контроль
(автоматизированный или автоматический), обеспечивающий проверку
работоспособности СО, соединительной линии и приемной аппаратуры
ССОИ, а также повышающий устойчивость ТСОС к обходу
соединительных линий и имитации работы СО.
1.2. Системный подход-основа методологии разработки
концепции комплексного обеспечения
безопасности объектов охраны
Как показали результаты многих исследований, для выработки
системного решения, удовлетворяющего необходимым и
достаточным условиям обеспечения надежной защиты 00 от подготовленного
и технически оснащенного нарушителя, требуется полный учет не
только перечисленных выше факторов, но и многих других, как то:
состояние инженерных сооружений объекта, состав и уровень
подготовки сил физической охраны объекта, окружение объекта, характер
объекта (легендируемый, нелегендируемый), расположение и
количество сил поддержки, состояние сетей электропитания объекта и т.д.
Многолетний опыт по созданию систем защиты объектов
убеждает в безусловной необходимости разрабатывать в каждом
случае системную концепцию обеспечения безопасности
конкретного объекта, которая на практике предполагает комплексное
взаимоувязанное решение руководством предприятия и службой
безопасности (охраны) ряда крупных блоков задач (часть из которых могут
решаться лишь с помощью спецслужб при строгом соблюдении
соответствующих законов РФ), как то:
1. Определение стратегии комплексной безопасности.
Здесь решаются проблемы классификации, систематизации и
дифференциации угроз; определяются структура и задачи служб
безопасности; разрабатываются (определяются) нормативно-правовые
Г7
документы, регламентирующие с позиций юриспруденции
деятельность служб безопасности (СБ); на основе анализа ресурсов,
технико-экономических показателей и социальных аспектов безопасности
разрабатываются планы мероприятий по обеспечению безопасности
объектов.
2. Обеспечение безопасности от физического
проникновения на территорию и в помещения объекта. В этом блоке задач
на основе анализа доступности объекта моделируются стратегия и
тактика поведения потенциального нарушителя (по всем возможным
моделям нарушителей); дифференцируются зоны безопасности; на
основе определения ключевых жизненно важных центров объектов
разрабатываются принципы и схемы оборудования техническими
средствами охранной сигнализации и телевизионного наблюдения,
средствами инженерной, технической и специальной защиты
рубежей охраны (периметра, территории, зданий, помещений, хранилищ,
сейфов, транспортных коммуникаций, средств связи, компьютерных
сетей и т.д.). Соответственно, на основе расчета тактико-
технических требований выбирается состав и номенклатура
технических средств.
3. Защита информации. Решение задач данного блока
обеспечивается специальными методами защиты. На основе разработки
принципов проверки, классификации источников информации и
каналов ее утечки разрабатываются концептуальные модели защиты
от утечки информации, проводятся их оценки на предмет
эффективности предлагаемых этими моделями решений. Здесь решается
широкая гамма задач разработки методов защиты по всем возможным
каналам утечки (речевой, визуальный, виброакустический,
электромагнитный, проводной, за счет паразитных связей и наводок и др.).
Разрабатывается нормативная база по защите от утечки
информации. На основе моделирования возможных способов приема
информации потенциальным нарушителем за пределами помещений
посредством применения направленных микрофонов, лазерных средств
и т.п. вырабатываются методы пассивной и активной защиты.
4. Защита от прогнозируемых к применению средств вне-
гласного контроля. Эти задачи ориентированы на модель
нарушителя - сотрудника учреждения, либо на проведение
контрразведывательных мероприятий, если по оперативным каналам получена
информация о заинтересованности, которую проявили
организованные преступные формирования к данному объекту. Здесь решается
ряд специфических задач от выбора и установки средств негласного
контроля до выбора организационно-режимных мер защиты от
негласного контроля со стороны потенциального нарушителя. Большое
внимание здесь уделяется техническим средствам дефектоскопии,
автоматизации средств контроля трактов передачи информации,
анализу системы демаскирующих признаков и ряду других*.
5. Защита от диверсионно-террористических средств
(ДТС). Задачи данной предметной области также решаются
специальными методами защиты. На основе исследования,
классификации и моделирования вариантов активных действий террористов,
прогнозирования возможных способов доставки ДТС на территорию
объекта, изучения каналов управления диверсиями и технических
способов их осуществления (например, с использованием
радиовзрывателей) выбирается аппаратура обнаружения ДТС,
разрабатываются организационно-технические мероприятия по созданию
контрольных пунктов, постов проверки, использованию меточной
техники и ряд других. Разрабатываются рекомендации по выбору
техники обнаружения.
6. Обеспечение безопасности (защита информации) в
локальных вычислительных сетях (ЛВС) и ПЭВМ, т.е. в
автоматизированных системах обработки информации (АСОИ). Здесь на
основе анализа моделей нарушителей, классификации видов угроз и
видов компрометации информации разрабатывается комплексный
подход к защите информации в автоматизированных
информационных системах, ЛВС, серверах и ПЭВМ, соответствующая нормативно-
правовая база защиты, регламентирующие документы;
разрабатываются методы и способы программно-аппаратной защиты от
несанкционированного доступа и копирования (НСД, НСК). Особое место
занимают разработка и внедрение специальных математических
и программных методов защиты операционных систем, баз данных
и серверов, методов идентификации пользователей и ЭВМ, паролей,
ключей и антивирусных программ. На основе определения и анализа
задач СБ разрабатываются организационные меры защиты.
Этот блок задач достаточно подробно рассмотрен в книге [100].
■ Эти и схожие задачи, излагаемые в тексте книги, решаются строго в рамках:
1. Федерального закона Российской Федерации об оперативно-розыскной
деятельности (N«144-03 от 12.08.1995 г. с учетом редакций от 18.07.1997 г.,
№101-фЗ; от 21.07.1998 г., №117-фЗ; от 5.01.1999 г., №6-фЗ; от 30.12.1999
г., №225-фЗ и от 20.03.2001 г., №26-фЗ).
2. Уголовно-процессуального кодекса Российской Федерации (вступившего
в силу с 1.07.2002 г., основные статьи применительно к предмету учебного
пособия-№№165; 168).
7. Защита систем связи. С точки зрения проведения
разведывательных операций со стороны ОПФ (Г) необходимость
тщательной разработки данного блока задач является чрезвычайно
актуальной, ибо наиболее доступными для перехвата нарушителем
информации, безусловно, являются каналы связи.
Здесь на основе классификации сетей связи разрабатываются
методы оптимизации связи, криптографической защиты, защиты
телефонных сетей связи. Наряду с решением проблем
стандартизации защиты, создаются специальные методы и способы,
обеспечивающие конфиденциальную связь.
8. Человеческий фактор в системе обеспечения
безопасности. Здесь рассматривается блок задач, решаемый детективной
группой службы безопасности, как то:
- разработка и реализация мероприятий по изучению лиц из
числа персонала и иных лиц, в действиях которых содержатся
угрозы безопасности деятельности учреждения посредством
воздействия на его сотрудников, их близких и родственников;
- проверка кандидатов для приема на работу;
- разработка и реализация мероприятий по обеспечению
"чистоты рук";
- организация взаимодействия и поддержание контактов с
силами поддержки и/или правоохранительными органами по вопросам
обеспечения безопасности и многое другое.
9. Исследование средств отечественного и зарубежного
вооружения, которые могут применяться для поражения
объектов. В данном блоке задач должны быть рассмотрены возможные
способы и применяемые организованными преступными
формированиями (или исполнителями - одиночками) виды вооружения,
взрывчатых или иных поражающих веществ для осуществления
вооруженной акции.
Здесь на основе анализа тактико-технических характеристик
традиционных и нетрадиционных средств поражения объектов
должна быть дана классификация этих средств, описаны характерные
признаки их поражающего действия, методы и способы их обнаружения,
локализации, обезвреживания или уничтожения, а также проведена
оценка эффективности систем охраны и обороны объектов.
10. Организация системы контроля доступа. Этот блок
задач направлен на эффективную реализацию процедур проверки
человека, пытающегося открыто ("законным образом") проникнуть на
территорию объекта, в отдельные его помещения и режимные зоны.
Здесь решаются задачи идентификации - это установление тожде-
20
ства (опознание личности) по совокупности общих и частных
признаков и аутентификации - это установление подлинности личности
(см. например [5, 55, 168]).
Кроме 10 перечисленных (которые напрямую связаны с
оперативной охранной деятельностью) существуют иные блоки задач,
рассматривающих как общесистемные проблемы, например,
определение приоритетов (иерархий) во взаимодействии элементов
системы безопасности, так и специальные, например обеспечение
пожарной безопасности. Области охранной деятельности, связанные с
реализацией названных задач, чрезвычайно многогранны. В данной
книге рассматриваются лишь основы теории создания технических
средств охраны, с помощью которых обеспечивается защита
объекта охраны от физического проникновения нарушителя, т.е. решение
второго блока задач (в американской литературе в данном случае
применяется понятие "система физической защиты", см., например,
М. Гарсия. Проектирование и оценка систем физической защиты /
Пер. с англ.; Под ред. Р.Г. Магауенова. - М.: «Мир», 2002.).
Взаимоувязанное решение перечисленных блоков задач
системной концепции обеспечения безопасности объекта, в каждом
из которых существуют свои подходы, методы и способы решения,
должно обеспечить непротиворечивость и полноту принимаемых
мер защиты. Только в этом случае можно говорить о выполнении
необходимых и достаточных условий в деле защиты объекта от
подготовленных и технически оснащенных нарушителей.
Реализация каждого из блоков задач осуществляется
посредством разработки проекта, который носит индивидуальный для
учреждения и объекта (территории, здания, этажа, помещения)
характер. В зависимости от категории важности объекта этот проект
должен обладать соответствующими грифами секретности. Однако и
для нережимных объектов охраны такой проект должен носить
строго конфиденциальный характер, т.е. быть доступным строго
ограниченному кругу лиц из числа сотрудников СБ(О) и руководства.
Необходимость комплексного решения (на основе системного
подхода) перечисленных основных (типовых) блоков задач
проистекает из того, что профессионализму ОПФ (Г), безусловно, следует
противопоставить организацию и оснащение, выполненные на более
высоком уровне профессионализма. Однако, коль скоро абсолютной
защищенности быть не может, в каждом случае проводятся
сравнительные оценки затрат на защиту и возможные потери при
сознательном отказе от применения несоизмеримо дорогостоящих
(относительно потерь) методов и технических средств защиты.
В мировой практике уже давно используется такое понятие как
система защиты, под которой подразумевается комплекс
организационных и технических мероприятий, направленных на выявление
и противодействие различным видам угроз деятельности объекта.
Рассмотрение возможных угроз проводится по следующим
основным направлениям:
- безопасность персонала: неэффективная защита может
привести к ущербу здоровью или даже угрозе жизни сотрудников;
- угрозы материальным ценностям, имуществу и оборудованию;
- безопасность информации.
Существенным при оценке угроз и выборе приоритетов в
системе защиты является учет международного опыта по организации
охранной деятельности применительно к объектам конкретного
вида, например, банков, предприятий, крупных офисов и т.д. Этот опыт
берется за основу и при подготовке современных нормативов
защиты. Так, например, западно-европейские фирмы - производители
оборудования для систем банковской защиты придерживаются
единых критериев оценки угроз, согласно которым для сейфовых комнат
- хранилищ ценностей и компьютерной информации приоритеты
направлений защиты следующие (более подробно см. Концепция
комплексной защиты банковских объектов. - М.: Росси Секьюрити,
1998.):
- терроризм, стихийные бедствия и аварии, пожары,
наводнения, механическое разрушение;
- несанкционированный (неразрешенный) съем информации
из компьютерного банка данных;
- несанкционированное проникновение в сейфовую комнату
как с целью кражи ценностей, так и с целью кражи информации.
Несмотря на существенные различия в природе угроз,
создание защиты от каждой из них должно идти в комплексе со всей
системой. Например, несанкционированный съем информации может
осуществляться дистанционно путем контроля из соседнего здания
излучений от средств обработки банка данных, в котором может
содержаться информация конфиденциального характера. Защитой от
такого вида угрозы является экранирование аппаратуры и
коммуникаций, применение специальной аппаратуры, искажающей картину
электромагнитного поля излучения. Но съем информации можно
проводить и с помощью специально внедренных в помещение
подслушивающих устройств, как то: микрофоны, радиозакладки и т.п.
(см. примечание на с. 22). Защитой в этом случае будет поиск
техники подслушивания с привлечением компетентных органов, а также
строгое соблюдение режима доступа в помещение или в здание, что
является защитой и от несанкционированного проникновения.
В основе разработки системы защиты объекта и организации
ее функционирования лежит принцип создания последовательных
рубежей, в которых угрозы должны быть своевременно обнаружены,
а их распространению будут препятствовать надежные преграды.
Такие рубежи (зоны безопасности) должны располагаться
последовательно от ограждения вокруг территории объекта до главного осо-
22
бо важного помещения, такого как хранилище материальных и
информационных ценностей.
Защита объекта должна состоять из различного рода
ограждений его периметра и специально оборудованных въездов и
проходов, решеток на окнах и в дверных проемах, резервных выходов из
здания, охранной сигнализации, охранного освещения и охранного
теленаблюдения.
Элементы защиты всех участков объекта должны взаимодо-
полнять друг друга. Эффективность всей системы защиты от
несанкционированного проникновения будет оцениваться по
максимуму времени, которое злоумышленник затратит на преодоление всех
зон безопасности. За это же время должна сработать сигнализация,
сотрудники охраны установят причину тревоги, примут меры к
задержанию злоумышленника и вызовут подкрепление из ближайшего
отделения милиции или из сил поддержки.
2.1
2.2
2.4
УС
2.3
2.5
1.1
1.2 - 1.3
1.4 1.5 1.6
3.1
3.3
3.2
3.5
3.4
3.8
3.7
3.6
3.10
4.
1
4.4
4
4
.2
А
4
\. 5
.3
3.12
3.11
3.14
3.15
3.13
3.9
Рис. 1.3. Укрупненная структурная схема системы
обеспечения безопасности объекта
Таким образом, эффективность системы защиты оценивается
величиной времени с момента возникновения угрозы до начала
противодействия или ликвидации ее. Чем более сложная и
разветвленная система защиты, тем больше времени потребуется на ее
преодоление и тем больше вероятность того, что угроза будет своевре:
менно обнаружена, определена и отражена.
Современные системы безопасности основываются на
реализации комплекса мероприятий по организации физической,
инженерной, технической и специальной защиты.
В общем виде укрупненная структурная схема системы
обеспечения безопасности объекта представлена на рис. 1.3.
На рис. 1.3 приняты следующие обозначения:
УС - укрупненная структурная схема системы обеспечения
безопасности объекта
1 - физическая защита
1.1 -объектовая и/или городская пожарная команда
1.2 - служба охраны
1.3 - наряд милиции и/или силы поддержки
1.4 - работники контрольно-пропускного поста
1.5 - операторы технических средств охраны
1.6- тревожная группа и подвижные посты
2 - инженерная защита
2.1 - усиленные ограждающие конструкции
2.2 - усиленные двери и дверные коробки
2.3 - металлические решетки и жалюзи
2.4 - спецзамки, усиленные запоры
2.5 - сейфы повышенной стойкости
3 - техническая защита
3.1 - средства обнаружения радиоактивных средств
3.2 - средства обнаружения оружия
3.3 - система пожарной сигнализации
3.4 - система тревожного оповещения
3.5 - система контроля доступа
3.6 - охранное освещение
3.7 - переговорные устройства
3.8 - система охранной сигнализации
3.9 - источник резервного электропитания
3.10- система телевизионного наблюдения
3.11 - средства связи
3.12-средства проверки почтовой корреспонденции
3.13- средства обнаружения взрывчатых веществ
3.14- система защиты средств ВТ и ЛВС
24
3.15-средства обнаружения и защиты от технических средств
проникновения через инженерные коммуникации, отверстия, проёмы
и т.д.
4 - специальная защита (см. примечание на с. 22)
4.1 - обеспечение требований безопасности на этапе
строительства
4.2 - проведение обследования помещений на наличие
устройств съема информации
4.3 - спецпроверка технических средств передачи,
обработки, накопления и хранения информации
4.4 - специальные защищенные помещения для переговоров
4.5 - средства спецзащиты сетей коммуникации
Физическая защита обеспечивается службой охраны,
основной задачей которой является предупреждение
несанкционированного физического проникновения на территорию, в здания и
помещения объекта злоумышленников и их сдерживание в течение
расчетного времени (до прибытия милиции или сил поддержки).
Инженерная защита предусматривает использование
усиленных дверей и дверных коробок, металлических решеток, усиленных
ограждающих конструкций, усиленных запоров, сейфов повышенной
стойкости.
Техническая защита включает систему охранной
сигнализации, систему телевизионного наблюдения, систему тревожного
оповещения, автоматизированную систему контроля доступа,
переговорные устройства, средства связи, пожарной сигнализации,
средства проверки почтовой корреспонденции, охранного освещения,
резервного (аварийного) электропитания, систему дежурного и
тревожного освещения.
Не лишним может оказаться и установка детекторов оружия
(металлоискателей) и средств контроля радиационной обстановки
на входе здания для предотвращения возможности проведения
терактов.
Специальная защита обеспечивает защиту от утечки
информации, представляющей особую ценность, а также проверку
надежности (лояльности) персонала службы охраны, материально
ответственных лиц и некоторых других категорий служащих.
Специальная защита состоит из комплекса организационно-
технических и специальных мероприятий, предусматривающих:
- обеспечение требований безопасности на этапах
проектирования, строительства (реконструкции) и эксплуатации зданий;
25
- периодическое проведение специальных обследований
отдельных помещений для выявления возможно установленных в них
подслушивающих устройств;
- сооружение специальных технически защищенных
помещений для ведения конфиденциальных переговоров и контроль
работоспособности специальных средств защиты;
- проверку и защиту технических средств, используемых для
передачи, обработки, накопления и хранения конфиденциальной
информации;
- оборудование средствами защиты электросети, внутренней
и городской телефонной связи и других коммуникаций систем
жизнеобеспечения;
- осуществление специальных проверочных мероприятий по
выявлению неблагонадежных сотрудников и лиц с психическими
отклонениями (автоматизированные системы психологического
тестирования).
Как показывает опыт зарубежных фирм и отечественных
организаций и предприятий, нормальное, безущербное
функционирование возможно лишь при системном, взаимоувязанном
использовании всех вышеназванных видов защиты и четко спланированных
действиях сил службы охраны по сигнальной информации,
получаемой от средств системы технической защиты.
Таким образом, мы вкратце рассмотрели основные положения
обобщенной системной концепции обеспечения безопасности 00.
В данной книге будут изложены лишь те вопросы названной
концепции, которые касаются применения технических средств
охранной сигнализации для обеспечения безопасности от физического
проникновения на территорию и в помещения объекта охраны.
1.3. Общий подход к категорированию объектов охраны
Основополагающими, определяющими выбор уровня защиты
объекта, признаками являются категория важности объекта и
модель нарушителя, от проникновения которого данный объект должен
быть защищен.
Система охраны объекта, т.е. его периметра, территории,
зданий, помещений - это сложный, многорубежный комплекс,
включающий в себя физическую защиту (личный состав охраны),
инженерные сооружения (решетки, стальные двери, сложные замки,
замки - защелки, сейфы и т.п.), технические средства охранной
сигнализации, системы телевизионного наблюдения (СТН), системы
контроля доступа (турникеты, шлагбаумы, управляемые ворота и т.д.)
и многое другое, что было рассмотрено в структурной схеме
системы обеспечения безопасности объекта (см. рис. 1.3).
Создание технически высокооснащенной системы охраны -
чрезвычайно дорогостоящее дело, поэтому разработчики КТСО и СБ
(О) (исполнители и заказчики) выбирают такую конфигурацию и
архитектуру КТСО, которая была бы экономически разумной. Это
означает, что затраты на создание, внедрение и эксплуатацию КТСО
должны быть существенно ниже, чем стоимость того, что
охраняется. По некоторым оценкам эти затраты составляют около 5%
основных фондов и до 25% оборотных средств в расчете на один
финансовый год.
Существуют определенные методики технико-экономических
обоснований выбора того или иного варианта оборудования объекта
ТСОС, например [187]. Однако очевидно, что для объектов особого
риска, как например, ядерноопасных объектов, на которых
проведение диверсионно-террористических актов может повлечь за собой
неисчислимые бедствия, гибель людей, разрушение экологической
системы целых регионов, требуются достаточные для их надежной
защиты затраты.
Таким образом, абстрактно-типизированный подход к катего-
рированию важности объектов (далее для краткости - категорирова-
нию объектов) необходим лишь для приближенной оценки
возможных затрат на их оснащение инженерно-техническими,
специальными и аппаратно-программными средствами защиты.
Второй аспект, влияющий на уровень затрат, т.е. в конце
концов на выбор уровней защиты - это модель нарушителя. Например,
очевидно, чем выше должностной статус злоумышленника,
работающего на охраняемом объекте (например, им может быть
"директор", "главный инженер" и т.д.), тем выше будут затраты на создание
системы безопасности, адекватной их "моделям". Поэтому следует
понимать, что абсолютной защищенности объекта быть не может.
Но это уже проблемы, выходящие далеко за рамки категорирования
объектов, создания и применения КТСО, хотя и в определенной
мере связанные с ними.
Итак, в данном изложении определение необходимых уровней
защиты мы будем связывать с понятием классификации объектов по
категориям важности, полагая априори, что злоумышленник
является человеком "со стороны".
В первом приближении при выборе уровня защиты следует
учитывать возможность обоснованного отнесения объекта к одной
из четырех категорий:
1 -я категория - особо важный объект;
2-я категория - особо режимный объект;
3-я категория - режимный объект;
4-я категория - нережимный объект.
Отнесение конкретных объектов к той или иной категории
важности регламентируется специальным перечнем, утвержденным
правительством РФ.
В относительно самостоятельных (национальных, областных,
краевых) территориальных образованиях могут создаваться свои
перечни объектов, дополняющие общий, исходя из требований
местных условий и возможностей самостоятельного финансирования
расходов по их оснащению КТСО.
Очевидно, что выбор уровня оснащения КТСО названных
категорий объектов будет зависеть от многих конкретных факторов,
как то: конфигурация территории, рельеф местности,
географическое положение, структура расположения жизненно важных центров
объекта, характер угроз и т.д.
Априори следует полагать:
- 1-я и 2-я категории объектов требуют высокого уровня
оснащения КТСО, включения в него разнообразных ТСОС,
телевизионных средств наблюдения (ТСН), наличия развитой ССОИ, СКД,
создания многих рубежей защиты (зон безопасности), реализации
функций автоматического определения направления движения
нарушителя, состояния СО, анализа характера разрушающего
действия нарушителя на КТСО и т.д.;
- 3-я категория объектов требует меньшего, но достаточно
высокого уровня оснащения. Здесь выборочно исключается
исполнение ряда функций охраны (защиты), затраты на реализацию которых
заведомо выше возможных потерь от злоумышленных действий;
- 4-я категория объектов оснащается КТСО ограниченной
структуры, предполагает наличие меньшего числа зон безопасности,
реализацию меньшего количества функций в ССОИ.
Следует отметить, что наряду с категорированием объектов
должно применяться и категорирование помещений с организацией
соответствующих "зон безопасности". Это позволит минимизировать
затраты на оснащение КТСО и организацию системы защиты в
целом. Выбор категории (уровня защиты) должен осуществляться
исходя из значимости объекта, характера потенциальных угроз и,
соответственно, "моделей" вероятных нарушителей и моделей их
вероятных действий.
Приведенная классификация категорий важности объектов
представляет по существу лишь укрупненно-базисный подход. В
специальных разработках по этой проблеме выделяются множества
подклассов, на основе чего разрабатываются идеи типизации объектов
и решения соответствующих задач типизации их оснащения КТСО.
28
Наиболее опасной угрозой для любого объекта является
угроза проведения диверсионно-террористического акта (ДТА) с
применением диверсионно-террористических средств (ДТС).
Коль скоро невозможно ставить задачу защиты всех без
исключения или абсолютного большинства объектов, ибо это
непосильно из-за невероятно больших затрат финансовых,
материальных и людских ресурсов, принят подход, в рамках которого
решаются задачи определения перечня типовых особо важных объектов
народного хозяйства, МО и иных (требующих охраны) объектов.
Этому подходу характерна разработка рациональных (типовых) схем
защиты объектов, входящих в группу риска, исходя из вероятности
использования на них ДТС или их привлекательности для
преступных посягательств.
Исходя из международного опыта следует, что противодействие
преступности, особенно ОПФ, может осуществляться лишь на основе
государственной программы борьбы с преступностью. При этом
приоритетный выбор объектов для организации системной защиты
определяется, исходя из оценки возможного использования на них ДТС.
Типовые особо важные объекты, как правило, принадлежат
таким отраслям как энергетика, транспорт, химические и
нефтехимические, наука и техника, оборонная промышленность, оборона, связь
и информатизация, а также Министерствам финансов,
здравоохранения, культуры и силовым структурам страны. Эти отрасли
являются ключевыми для жизнеобеспечения общества и от их действенной
защиты зависит жизнь, спокойствие и морально-психологическое
состояние всего народа, прогрессивность движения общества,
результативность экономических преобразований.
1.4. "Модель" нарушителя, возможные пути и способы
его проникновения на охраняемый объект.
Вопросы классификации нарушителей и угроз
информационной безопасности
Характеристика нарушителя, степень его подготовки и
оснащенности, общие рекомендации по применению технических
способов защиты. В начале данной главы достаточно подробно
говорилось о том, что охрана объекта является сложным
интегрированным процессом. В широком смысле под охраной понимается
комплекс организационных, контрольных, инженерно-технических
и иных мероприятий, направленных на обеспечение полной,
частичной или выборочной защиты информации, материальных ценностей
и безопасности персонала объекта.
В узком смысле задача системы охраны заключается в
обнаружении и пресечении действий людей, пытающихся тайно или
открыто (но несанкционированно) проникнуть на охраняемую
территорию объекта или в его зоны безопасности.
Как показывает опыт работы, нормальное безущербное
функционирование системы защиты возможно при комплексном
использовании всех видов защиты (изложенных в системной концепции)
и четко спланированных действиях сил службы охраны по сигналам,
получаемым от технических средств охранной сигнализации.
Охрана учреждения, как правило, является достаточно
дорогостоящим мероприятием, поэтому при выборе уровня защиты
целесообразно оценить возможные потери от "беспрепятственного"
действия нарушителя и сравнить их с затратами на организацию
охраны. Этот показатель является индивидуальным для каждого
объекта и может быть оценен, как правило, весьма приближенно.
Практика создания и эксплуатации комплексов технических средств
охранной сигнализации показала, что в большинстве случаев для
построения эффективной охраны требуется наличие комбинированных
ТСОС, учитывающих возможность дублирования функций
обнаружения на основе использования различных физических принципов
действия средств обнаружения (близкие понятия - синонимы:
датчиков, детекторов, извещателей).
В основе эффективного противодействия угрозе
проникновения нарушителя в охраняемые помещения (сейфовые комнаты,
переговорные помещения, архивы конструкторско-технологической
документации, хранилища информационных баз данных и т.п.)
лежит проведение априорных оценок:
- приоритетов в системе защиты (т.е. следует определить, что
может представлять наибольший интерес для нарушителя и должно
защищаться в первую очередь);
- путей возможного проникновения нарушителей;
- информации, которой может располагать нарушитель об
организации системы защиты предприятия;
- технических возможностей нарушителя (его технической
вооруженности) и т.д., т.е. оценок совокупности количественных и
качественных характеристик вероятного нарушителя.
Такая совокупность полученных оценок называется "моделью"
нарушителя. Эта модель, наряду с категорией объекта, служит
основой для выбора методов организации охраны объекта, определяет
сложность и скрытность применяемых технических средств охранной
сигнализации и телевизионного наблюдения, варианты инженерно-
технической защиты, кадровый состав службы охраны и т.д.
J50
По уровню подготовки и технической оснащенности
"нарушителя" условно можно разделить на следующие типы:
- случайные (не знающие, что объект охраняется и не
имеющие специальной цели проникновения на объект);
- неподготовленные (проникающие на объект со специальной
целью и предполагающие возможность охраны объекта, но не
имеющие информации о структуре и принципах действия системы
охраны);
- подготовленные (имеющие информацию о возможных
методах обхода ТСО и прошедшие соответствующую подготовку);
- обладающие специальной подготовкой и оснащенные
специальными средствами обхода;
- сотрудники предприятия (последние два типа нарушителей
можно объединить термином "квалифицированный").
Наиболее распространенной "моделью" нарушителя является
"неподготовленный нарушитель", т.е. человек, пытающийся
проникнуть на охраняемый объект, надеясь на удачу, свою осторожность,
опыт или случайно ставший обладателем конфиденциальной
информации об особенностях охраны. "Неподготовленный
нарушитель" не располагает специальными инструментами для
проникновения в закрытые помещения и тем более техническими средствами
для обхода охранной сигнализации. Для защиты от
"неподготовленного нарушителя" часто оказывается достаточным оборудование
объекта простейшими средствами охранной сигнализации (лучевые
средства обнаружения на периметре, кнопки или магнитоуправляе-
мые контакты на дверях в помещения) и организация службы
невооруженной охраны (имеющей пульт охранной сигнализации и
телефонную связь с милицией).
Более сложная "модель" нарушителя предполагает
осуществление им целенаправленных действий, например, проникновение
в охраняемые помещения с целью захвата материальных ценностей
или получения информации. Для крупного учреждения наиболее
вероятной "моделью" является хорошо подготовленный нарушитель,
возможно действующий в сговоре с сотрудником или охранником.
При этом возможны такие варианты проникновения, как:
- негласное проникновение одиночного постороннего
нарушителя с целью кражи ценностей, для установки специальной
аппаратуры или для съема информации;
- негласное проникновение нарушителя-сотрудника
предприятия с целью доступа к закрытой информации;
- проникновение группы нарушителей в охраняемые
помещения в нерабочее время путем разрушения инженерной защиты
объекта и обхода средств охранной сигнализации;
- проникновение одного или группы вооруженных нарушителей
под видом посетителей (в рабочее время, когда не введены в
действие все средства инженерной и технической защиты) с целью
силового захвата ценностей;
- вооруженное нападение на объект с целью захвата
заложников, ценностей, получения важной информации или организации
собственного управления.
Очевидно, "модель" нарушителя может предполагать и сразу
несколько вариантов исполнения целей проникновения на 00.
Среди путей негласного проникновения нарушителя прежде
всего могут быть естественные проемы в помещениях: двери, окна,
канализационные коммуникации, кроме того непрочные, легко
поддающиеся разрушению стены, полы, потолки. Поэтому при
организации охранной сигнализации в охраняемом помещении в первую
очередь должны быть установлены средства обнаружения для
защиты окон и дверей. Обнаружение проникновения через стены,
полы и потолки выполняют, как правило, СО, предназначенные для
защиты объема помещения. Для усиления защиты окон и дверей
широко используются металлические решетки и защитные жалюзи.
Установка достаточно надежных решеток на окна может иногда
позволить отказаться от установки на них средств охранной
сигнализации. Однако часто наблюдалось, что неправильная конструкция
решеток открывает дополнительные возможности для
проникновения в здание. Например, защищая окна первого этажа, решетки
могут облегчить доступ к окнам второго этажа.
Возможность проникновения на объект вооруженных
нарушителей требует не только усиления вооруженной охраны, но и
установки на входах обнаружителей оружия, оборудование особо
ответственных (важных) рабочих мест сотрудников кнопками и педалями
тревожного оповещения, а в ряде случаев и установки скрытых
телекамер для наблюдения за работой сотрудников. Входы в
хранилища ценностей должны оборудоваться специальными сейфовыми
дверями с дистанционно управляемыми замками и переговорными
устройствами.
Уровни технической оснащенности нарушителя и его знаний
о физических принципах работы СО, установленных на объекте,
определяют возможность и время, необходимое ему на преодоление
средств инженерной защиты и обход сигнализационной техники.
Наиболее эффективны СО, физический принцип действия и способ
обхода которых нарушитель не знает. В этом случае вероятность его
обнаружения приближается к единице (что определяется только
техническими параметрами самого СО).
гг
В конечном счете, поскольку задачей системы охраны
является оказание противодействий нарушителю в достижении его целей,
при построении системы охраны в ее структуру закладывается
принцип создания последовательных рубежей на пути движения
нарушителя. Угроза проникновения обнаруживается на каждом рубеже
и ее распространению создается соответствующая преграда. Такие
рубежи (зоны безопасности) располагаются последовательно от
прилегающей к зданию территории до охраняемого помещения,
сейфа. Эффективность всей системы защиты от
несанкционированного проникновения будет оцениваться по минимальному значению
времени, которое нарушитель затратит на преодоление всех зон
безопасности. За это время, с вероятностью близкой к 1, должна
сработать система охранной сигнализации. Сотрудники охраны
установят причину тревоги (например, с помощью телевизионной
системы наблюдения или путем выдвижения на место тревожной
группы) и примут необходимые меры.
Если "модель" нарушителя рассматривает негласное
проникновение в охраняемое помещение нарушителя-сотрудника (в том
числе из службы охраны), в состав средств охранной сигнализации
необходимо включить устройства документирования работы средств
обнаружения, чтобы фиксировать несанкционированные отключения
каналов сигнализации. Обычно указывается время постановки и
снятия с охраны помещения. Аппаратура документирования должна
устанавливаться в специальном помещении, куда имеют доступ
только начальник охраны или ответственный сотрудник службы
безопасности.
Итак, сложность системы охраны, ее насыщенность
средствами инженерной и технической защиты определяются "моделью"
нарушителя, категорией и особенностями объекта охраны. Количество
необходимых зон безопасности определяется, исходя из состава
материальных и информационных ценностей, а также
специфических особенностей самого объекта. Если объект расположен в
здании с прилегающей к нему территорией, то ограждение и
периметральная охранная сигнализация образуют первую зону безопасности
объекта. Последней зоной безопасности, например сейфовой
комнаты, будет специальный сейф с кодовым запирающим устройством
и сигнализационным средством, передающим информацию о
попытках его вскрытия.
Очевидно, что для разработки "модели" нарушителя
применительно к некоторому 00 необходимо обобщение большого опыта
как отечественной, так и зарубежной практики построения систем
охраны объектов, аналогичных рассматриваемому. С течением
времени "модель" нарушителя, а следовательно, и вся концепция охра-
ны могут меняться. Отсюда следует вывод о необходимости
периодического дополнения концепции охраны объекта, обновления
системы инженерной защиты, системы охранной сигнализации,
телевизионного наблюдения, системы контроля доступа и всех иных
систем, рассматриваемых системной концепцией обеспечения
безопасности.
Способы получения "нарушителем" информации об
объекте и технических способах защиты объекта, вероятные пути
проникновения. Целями "нарушителя" или "нарушителей",
проникающих на объект, как отмечалось выше, могут быть: кража
материальных и/или информационных ценностей, установка закладных
устройств, разрушение объекта, захват заложников, а возможно и
захват управления функционированием объекта. Злоумышленник
будет искать наиболее оптимальные (менее опасные для себя) пути
проникновения в нужное ему помещение для осуществления
поставленной противозаконной (преступной) цели, будет стараться
оставить как можно меньше следов своих действий, разрушений.
С этой целью он будет изучать обстановку на объекте, алгоритм
охраны, неохраняемые переходы, помещения, способы и условия
хранения ценностей.
Применение систем охранной сигнализации с высокими
тактико-техническими характеристиками на всех возможных путях
движения "нарушителя" совместно с инженерной и физической защитой
позволит достаточно надежно защитить объект на требуемом
(заданном априори)уровне.
Таким образом, неоспорима важность принятия мер,
максимально затрудняющих получение "нарушителем" сведений об
основных характеристиках технических средств охраны, их принципе
действия, режимах работы.
В то же время некамуфлируемость средств охранной
сигнализации в местах скопления посетителей, распространение слухов об
их сложности, уникальности и невозможности их "обойти" будет
способствовать отпугиванию некоторых потенциальных "нарушителей".
Наиболее вероятными путями физического проникновения
"нарушителя" в здание являются:
- через двери и окна первого этажа;
- по коммуникационным и техническим проемам подвала или
цокольного этажа;
- с крыши через окна или другие проемы верхних этажей;
- путем разрушения ограждений (разбивание стекол, пролом
дверей, решеток, стен, крыши, внутренних перегородок, пола и т.п.);
2—3018
34
- имеются и иные способы, связанные с применением
нарушителем специальных технических средств (все эти сведения легко
почерпнуть из телефильмов, телепередач на криминальные темы,
детективов и т.д.).
Необходимо максимально предусмотреть физические
преграды перед нарушителем на пути его движения к материальным и
информационным ценностям.
Внутренние переходы, подходы к наиболее важным
помещениям должны быть оснащены не только средствами охранной
сигнализации и телевизионного наблюдения, но и иметь надежную
инженерную защиту в виде тамбуров с дистанционно управляемыми
дверями, решетками, а сами хранилища ценностей - укрепленными
перегородками.
Готовясь к преступлению, "нарушитель", используя легальную
возможность посетить учреждение, ходит по некоторым его
помещениям, может тщательно изучить наименее охраняемые места,
расположение постов охраны, действия охранников при проходе
сотрудников в различные режимные зоны. В этом случае очень важно
разделять потоки клиентов учреждения от сотрудников. Проходы,
помещения, где клиенты не обслуживаются, должны иметь кодовые
замки или средства контроля доступа.
Некоторые подробности режима охраны преступник может
получить, "разговорив" кого-либо из сотрудников учреждения или
охраны.
Наибольшую опасность представляют сотрудники охраны,
вступившие в преступную связь с "нарушителем". От них можно
получить информацию и о принципах работы аппаратуры охранной
сигнализации, ее режимах, "слабых" местах, оптимальных путях
проникновения в требуемые помещения, а в решающий момент они
могут отключить отдельные каналы охранной сигнализации. В связи
с этим станционная аппаратура охранной сигнализации должна
иметь систему документирования, должны протоколироваться дата
и время включения/выключения каналов сигнализации, режимы
проверки неисправности аппаратуры с фиксацией даты и времени
происшедшего сбоя, отключения на профилактику и т.д.
Информация о состоянии охраны на объекте, оптимальных
путях движения к требуемому помещению и путях отхода нужна любому
"нарушителю", как стремящемуся похитить какой-либо документ,
установить подслушивающее устройство, так и "нарушителю",
осуществляющему разбойное нападение или преследующего иные цели.
Исходя из анализа возможных "моделей" нарушителя,
способов получения им информации, конкретной архитектуры здания,
характеристик территории, прилегающих зданий, рельефа местности
35
и т.д., вырабатываются требования к инженерной защите, системе
охранной сигнализации и размещению постов. Последнее означает,
что для каждого конкретного объекта, здания, помещения должен
разрабатываться конкретный проект его оснащения ТСОС-ТСН, СКД
с учетом требований "Системной концепции...", дабы не допустить
пробелов в системе защиты, которые раньше или позже но будут
обнаружены грамотным злоумышленником.
Классификация нарушителей на основе моделей их
действий (способов реализации угроз). Разработка моделей
нарушителей осуществляется на основе исследования возможных видов
угроз объекту и способов их реализации.
Угрозы могут носить общий или локальный характер и исходить:
- от людей (персонала, сторонних нарушителей или
социальные, например: общественные беспорядки, забастовки и т.д.);
- от природных факторов (наводнение, засуха,
землетрясение, снегопад, проливные дожди и т.д.);
- от нарушения систем жизнеобеспечения из-за техногенных
факторов (отключение электропитания, пожар, утечка газов,
радиоактивные осадки и т.д.), а также угрозы могут носить случайный
характер.
При рассмотрении вопросов классификации нарушителей нас
интересуют способы реализации угроз, исходящих от людей
(злоумышленников).
Рассматривают три типа нарушителей - неподготовленный,
подготовленный, квалифицированный и две группы способов
реализации угроз (враждебных действий) - контактные, бесконтактные.
Способы проникновения на объект, в его здания и помещения
могут быть самые различные (это описано во многих литературных
источниках), например:
- разбитие окна, витрины, остекленной двери или других
остекленных проемов;
- взлом (отжатие) двери, перепиливание (перекус) дужек замка
и другие способы проникновения через дверь;
- пролом потолка, подлежащего блокировке;
- пролом капитального потолка, не подлежащего блокировке;
- пролом стены, подлежащей блокировке;
- пролом капитальной стены, не подлежащей блокировке;
- пролом (подкоп) капитального пола, не подлежащего
блокировке;
- пролом (подкоп) пола, подлежащего блокировке;
- проникновение через разгрузочный люк;
36
- проникновение через вентиляционное отверстие, дымоход
или другие строительные коммуникации;
- проникновение подбором ключей;
- оставление нарушителя на объекте до его закрытия;
- свободный доступ нарушителя на объект в связи с
временным нарушением целостности здания из-за влияния природно-
техногенных факторов или в период проведения ремонта;
- проникновение через ограждение (забор, сетку, решетку),
используя подкоп, перелаз, разрушение, прыжок с шестом и т.д.
Очевидно, что каждый тип нарушителей (неподготовленный,
подготовленный, квалифицированный) будет осуществлять
проникновение на объект по разному - менее грамотно или более грамотно
(ухищренно), используя различные условия, способствующие
проникновению, как то:
- взрыв;
- пожар (поджог);
- разбойное нападение;
- наводнение;
- химическое заражение;
- общественные беспорядки;
- отключение электроэнергии на объекте, в районе, городе;
- постановка нарушителем помех ТСО на объекте;
- постановка нарушителем помех в канале связи объекта
с охраной;
- предварительный вывод из строя ТСО на объекте;
- предварительный вывод из строя канала связи объекта
с охраной;
- предварительный сговор нарушителя с персоналом объекта;
- предварительный сговор нарушителя с персоналом службы
охраны объекта;
- создание и использование многих и многих других условий
для проникновения на охраняемый объект, например:
использование дрессированных животных и птиц, специальных технических
средств обхода ТСО, специальных технических средств для
предварительного изучения объекта и т.д.
Ряд моделей действий нарушителей достаточно широко
представлены в художественной литературе, кинофильмах, в
телепередачах с криминальными сюжетами, в научно-технических изданиях в
открытой печати. Таким образом, потенциальному злоумышленнику
вполне доступно повышение квалификации на материалах открытой
печати, телепередач и кино. Этот неоспоримый факт, безусловно,
должна в своей деятельности учитывать СБ(О) и соответственно
строить тактику охраны учреждения. Очевидно, информация о так-
тике охраны (способах и методах противодействия любым из
возможных действий злоумышленника) является строго
конфиденциальной, секретной и совершенно секретной.
В зависимости от поставленных целей злоумышленник
создает те или иные условия для проникновения на объект и в его
помещения, пользуясь теми или иными контактными или бесконтактными
способами проникновения.
К контактным способам совершения враждебных действий
относятся:
1. Контактное проникновение на объект охраны (00):
- несанкционированное проникновение на территорию 00;
- проход на основе маскировки (под сотрудника 00,
посетителя и т.п.);
- установка (занос на 00) средств негласного слухового,
визуального, электромагнитного и др. наблюдения.
2. Контактное нарушение целостности или характера
функционирования объекта:
- нарушение линий жизнеобеспечения 00;
- физическая ликвидация потенциала (ресурсов) 00 (взрыв,
разрушение и др.);
- затруднение штатного режима функционирования объекта.
К бесконтактным способам совершения враждебных действий
относятся:
1. Бесконтактные проникновения на объект охраны:
- перехват физических полей;
- контроль радио- и телефонных переговоров;
- визуальное и слуховое наблюдение;
2. Вывод объекта из строя без проникновения на него, как то:
- нарушение целостности объекта посредством использования
направленного взрыва или дистанционного оружия;
- отключение линий жизнеобеспечения объекта.
Нарушителем считается лицо, нарушающее контрольно-
пропускной режим, случайно или преднамеренно нарушающее
режим безопасности объекта охраны.
Для описания моделей нарушителей в качестве критериев
классификации рассматриваются:
1. Цели и задачи вероятного нарушителя:
- проникновение на охраняемый объект без причинения
объекту видимого ущерба (для решения задач разведки объекта,
установки техники, закладки других устройств и т.п.);
- причинение ущерба объекту (при этом проникновение -
только промежуточная задача действий вероятного нарушителя);
- освобождение спецконтингента (арестованных);
38
- преднамеренное проникновение при отсутствии враждебных
намерений (любопытство, проникновение при решении посторонней
задачи и др.);
- случайное проникновение.
2. Степень принадлежности вероятного нарушителя к объекту:
- вероятный нарушитель - сотрудник охраны;
- вероятный нарушитель - сотрудник учреждения;
- вероятный нарушитель - посетитель;
- вероятный нарушитель - постороннее лицо.
3. Степень осведомленности вероятного нарушителя об объекте:
- детальное знание объекта;
- осведомленность о назначении объекта, его внешних
признаках и чертах;
- неосведомленный вероятный нарушитель.
4. Степень осведомленности вероятного нарушителя о
системе охраны объекта:
- полная информация о системе охраны объекта;
- информация о системе охраны вообще и о системе охраны
конкретного объекта охраны;
- информация о системе охраны вообще, но не о системе
охраны конкретного объекта;
- неосведомленный вероятный нарушитель.
5. Степень профессиональной подготовленности вероятного
нарушителя:
- специальная подготовка по преодолению систем охраны;
- вероятный нарушитель не имеет специальной подготовки по
преодолению систем охраны.
6. Степень физической подготовленности вероятного
нарушителя:
- специальная физическая подготовка;
- низкая физическая подготовка.
7. Владение вероятным нарушителем способами маскировки:
- вероятный нарушитель владеет способами маскировки;
- вероятный нарушитель не владеет способами маскировки.
8. Степень технической оснащенности вероятного нарушителя:
- оснащен специальной техникой для преодоления системы
охраны;
- оснащен стандартной техникой;
- не оснащен техническими приспособлениями.
9. Способ проникновения вероятного нарушителя на объект:
- использование негативных качеств личного состава охраны
объекта;
- "обход" технических средств охраны;
- движение над поверхностью земли;
- движение по поверхности земли ( в том числе подкоп).
На основе изложенных критериев можно выделить четыре
категории нарушителя:
- нарушитель первой категории - специально подготовленный
по широкой программе, имеющий достаточный опыт нарушитель-
профессионал с враждебными намерениями, обладающий
специальными знаниями и средствами для преодоления различных
систем защиты объектов (квалифицированный нарушитель);
- нарушитель второй категории - непрофессиональный
нарушитель с враждебными намерениями, действующий под
руководством другого субъекта, имеющий определенную подготовку для
проникновения на конкретный объект (подготовленный нарушитель);
- нарушитель третьей категории - нарушитель без
враждебных намерений, совершающий нарушение безопасности объекта из
любопытства или из каких-то иных личных намерений;
- нарушитель четвертой категории - нарушитель без
враждебных намерений, случайно нарушающий безопасность объекта.
В принципе под моделью нарушителя понимается
совокупность количественных (вес, скорость перемещения, рост и т.п.) и
качественных (цели и способы действия, степень осведомленности
и подготовленности и т.п.) характеристик нарушителя, с учетом
которых определяются требования к комплексу инженерно-
технических средств охраны (КИТСО) и/или его составным частям.
Существуют определенные методики количественной оценки
вероятностей обнаружения нарушителя, пытающегося проникнуть на
объект охраны. Здесь учитываются гамма параметров,
характеризующих категорию важности объекта, конфигурацию, архитектуру
и тактико-технические характеристики применяемых в КТСО ТСОС,
ТСН, СКД, а также количественных и качественных характеристик
нарушителя и возможных моделей его действия.
Вопросы классификации угроз информационной
безопасности. В системе обеспечения безопасности объектов одно из
ведущих мест занимает обеспечение информационной безопасности.
Действительно, любой (не случайный) потенциальный нарушитель
до проникновения на объект и проведения преступных действий
проводит в зависимости от поставленных им конечных целей более
или менее глубокую разведку с тем, чтобы обезопасить себя и
выполнить поставленную преступную задачу. Поэтому защита от
посторонних лиц жизненно важной информации об объекте
(количество и виды ресурсов, планы, уникальные технологии, места
расположения жизненно важных центров обеспечения деятельности, напри-
40
мер серверов баз данных, конструкторско-технологической
документации и т.д.), а также информации о системе обеспечения охранной
деятельности (структура, состав и режимы работы служб
безопасности; структура, состав и принципы действия ТСО, СКД и т.д.; схемы
размещения и принципы действия специальных технических средств
обнаружения каналов утечки информации, обнаружения ДТС и т.д.)
является наиболее приоритетной задачей, от успешного решения
которой зависит уровень эффективности защиты объекта в целом.
Проблемы защиты информации решаются в каждом из блоков
задач, рассматриваемых системной концепцией обеспечения
комплексной безопасности объекта, и в каждом блоке эти проблемы
решаются своими способами и методами, хотя имеются и некоторые
общие особенности.
В каждом случае работа СБ(О) начинается с моделирования
потенциальных угроз безопасности информации, их классификации
и выбора (разработки) адекватных угрозам мер информационной
защиты.
Рассмотрим для примера вопросы классификации угроз при
решении проблем обеспечения безопасности автоматизированных
систем обработки информации (АСОИ), т.е. ПЭВМ, ЛВС, серверов баз
данных и т.д. и их информационного и программного обеспечения.
В большинстве случаев (например, в банковской деятельности
около 80%) нарушения по НСД к АСОИ исходят от самих сотрудников
учреждений. Потери в денежном выражении составляют от них около
70%, остальные потери приходятся на хакеров, террористов и т.п.
Можно выделить три основные причины внутренних
нарушений: безответственность, самоутверждение и корыстный интерес
пользователей (персонала) АСОИ [49]. Кроме того существуют
угрозы, исходящие от хакеров и иных нарушителей извне.
Есть опасность нанесения ущерба и не по злому умыслу, когда
сотрудник учреждения, имеющий доступ к базам данных ЛВС или
ПЭВМ обладает малой квалификацией, невнимателен,
недисциплинирован, неряшлив в соблюдении технологии обработки
информации или в пользовании программными продуктами, либо просто
утомлен, омрачен какими-то личными переживаниями, что также
приводит к невнимательности. При нарушениях, вызванных
безответственностью, пользователь целенаправленно или случайно
производит какие-либо разрушающие действия, не связанные тем не
менее со злым умыслом. В большинстве случаев это следствие
некомпетентности или небрежности. Предусмотреть все такие
ситуации маловероятно. Более того, во многих случаях система в
принципе не может предотвратить подобные нарушения (например,
случайное уничтожение своего собственного набора данных). Иногда
ошибки поддержки адекватной защищенной среды могут поощрять
такого рода нарушения. Система защиты может быть также
неправильно настроена. Эти категории "нарушителей" в излагаемой книге
специально не рассматриваются.
О самоутверждении. Некоторые пользователи считают
получение доступа к системным наборам данных крупным успехом, ведя
своего рода игру "пользователь - против системы" ради
самоутверждения либо в собственных глазах, либо в глазах коллег. Хотя при
этом намерения могут быть и безвредными, эксплуатация ресурсов
АСОИ считается нарушением политики безопасности. Пользователи с
"более криминальными намерениями" могут найти
конфиденциальные данные, попытаться испортить или уничтожить их. Такой вид
нарушений называется зондированием системы. Большинство систем
имеет ряд средств противодействия подобным "шалостям".
Нарушение безопасности АСОИ может быть вызвано и
корыстным "злоумышленником". Под "злоумышленником" понимается
человек (извне или сотрудник), обладающий достаточными
знаниями в вопросах автоматизированной обработки информации,
преследующий цели сознательного воздействия, направленного на кражу
секретной информации о деятельности учреждения, его планах,
процедурах проведения операций, организации системы охраны и
т.д., т.е. той информации, которая позволит злоумышленнику в
конце концов осуществить кражу средств, материальных или
финансовых, или дезорганизовать деятельность учреждения. В этом случае
он целенаправленно пытается преодолеть систему защиты от
несанкционированного доступа к хранимой, передаваемой и
обрабатываемой в АСОИ информации. Полностью защититься от таких
проникновений практически невозможно. В какой-то мере утешает
лишь то, что опаснейшие нарушения встречаются крайне редко, ибо
требуют необычайного мастерства и упорства от злоумышленника, и
его злонамеренное действие при грамотно организованной системе
контроля может быть обнаружено, т.е. вероятность проведения
таких акций против АСОИ может быть существенно снижена.
Приведем некоторые данные о количестве и объеме угроз для
безопасности со стороны корыстных злоумышленников.
Итальянские психологи утверждают, что из всех служащих
любой фирмы 25% - это честные люди, 25% - ожидают удобного
случая для разглашения секретов и 50% будут действовать в
зависимости от обстоятельств [141].
В 1994 г. трое репортеров лондонской газеты "Санди Тайме"
провели эксперимент. Представляясь бизнесменами, они вышли на
двадцать депутатов британского парламента с предложением
направить в правительство запрос, в котором они заинтересованы, и
42
получить за это наличными или чеком тысячу фунтов стерлингов. Из
двадцати 17 сразу отказались, трое согласились. Аналогичные
эксперименты проводила ФБР в начале 80-х гг.: агенты ФБР под видом
арабских шейхов обращались к членам американского конгресса,
предлагая им вознаграждение в десятки тысяч долларов за то,
чтобы "шейхам" были устроены всякие поблажки [183].
Если эти закономерности перенести, например, на банковских
служащих, то более чем от 10% персонала можно ожидать
неприятностей, связанных с продажей секретной информации.
Очевидно, ущерб от каждого вида нарушений зависит от
частоты их появления и ценности информации. Чаще всего встречаются
нарушения, вызванные халатностью и безответственностью, но
ущерб от них обычно незначителен и легко восполняется. Например,
во многих системах существуют средства, позволяющие
восстанавливать случайно уничтоженные наборы данных при условии, что
ошибка сразу же обнаружена. Регулярное архивирование рабочих
файлов данных, имеющих важное значение, позволяет существенно
уменьшить ущерб от их потери.
Ущерб от зондирования системы может быть гораздо больше,
но и вероятность его во много раз ниже, ибо для таких действий
необходимы достаточно высокая квалификация, отличное знание системы
защиты и определенные психологические особенности. Наиболее
характерным результатом зондирования системы является блокировка:
пользователь вводит АСОИ в состояние неразрешимого
противоречия (например, ввести задачу - софизм или вирус), после чего
операторы и системные программисты тратят много времени для
восстановления работоспособности системы. К примеру, в скандальной
истории с вирусом Морриса в сети Internet, бывшей результатом
зондирования системы, ущерб исчислялся миллионами долларов.
Отличительной чертой проникновений, наиболее редких, но и
наиболее опасных нарушений, обычно является определенная цель:
доступ (чтение, модификация, уничтожение) к определенной
информации, влияние на работоспособность системы, слежение за
действиями других пользователей и др. Для осуществления подобных
действий нарушитель должен обладать теми же качествами, что и
для зондирования системы, только в усиленном варианте, а также
иметь точно сформулированную цель. Ущерб от проникновений
может оказаться в принципе невосполнимым. Например, для банков
это может быть полная или частичная модификация счетов с
уничтожением журнала транзакций (полностью законченная операция
с деньгами), т.е. если с какого-то счета сняты деньги, то они должны
быть записаны в другом счете (не теряться и не быть излишками).
43_
Причины, побуждающие пользователя совершать нарушения
или даже преступления, различны. Наиболее серьезный ущерб
системе угрожает в случае умышленного воздействия из-за обиды,
неудовлетворенности своим служебным и/или материальным
положением, или по указанию других лиц, под угрозой шантажа. Шантаж,
как одно из средств нелегального доступа к ценной информации,
используется преступными организациями, проводящими для этого
специальные мероприятия по дискредитации ответственных
работников учреждения. Ущерб при этом тем больше, чем выше
положение пользователя в служебной иерархии.
Способы предотвращения ущерба в этом случае вытекают из
природы причин (побудительных мотивов) нарушений и
преступлений. Это - соответствующая подготовка пользователей,
поддержание здорового рабочего климата в коллективе, подбор персонала,
своевременное обнаружение потенциальных злоумышленников и
принятие соответствующих мер. Ясно, что это не только задачи
администрации и детективной группы, но и коллектива в целом.
Сочетание этих мер способно предотвратить сами причины нарушений
и преступлений.
Таким образом, наиболее уязвимым с позиции обеспечения
безопасности может стать "человеческий фактор", т.е.
недисциплинированность сотрудников, недостаточный профессионализм,
возможность подкупа, шантажа, угроз насилия, обиды по поводу
неадекватной оценки труда и многое другое. Более детальное описание
методов противодействия такого рода угрозам изложены, например,
в [27]. Отметим лишь, что коль скоро такие угрозы существуют,
следует рекомендовать проведение соответствующих тщательных
исследований детективной группой, отделом кадров и администрацией
с привлечением профессиональных психологов, психоаналитиков,
педагогов и соответствующих технических средств (например,
многофункциональных детекторов лжи).
Очевидно, что для выбора оптимального варианта
нейтрализации действий злоумышленника из известных методов, способов и
средств противодействия нужно знать (либо предполагать), что
собой представляют (либо могут представлять) возможные нарушения
и злоумышленник, т.е. нужны модели нарушений, "модель"
нарушителя или "модель" его возможных действий. Исследование моделей
нарушителей является отправной идеей в разработке стратегии и
тактики обеспечения безопасности АСОИ. В самом деле, для
выбора средств защиты нужно ясно представлять, от кого защищать
АСОИ.
Например, возможен такой подход: на основе доступности
компонентов программного и информационного обеспечения в
44
табл.1.1 представлены типы угроз и лица, которые могли бы вызвать
такие угрозы.
При создании модели нарушителя и оценке риска потерь от
действий персонала (необходимых этапов выработки политики
безопасности) дифференцируют всех сотрудников по их
возможностям доступа к системе и, следовательно, по потенциальному
ущербу от каждой категории пользователей. Например, оператор или
программист автоматизированной банковской системы может
нанести несравненно больший ущерб, чем обычный пользователь, тем
более непрофессионал.
Т а б л и ц а 1. 1. Типы угроз и возможных нарушителей
Тип угрозы
Изменение кодов
Копирование файлов
Уничтожение файлов
Присвоение программ
Шпионаж
Установка
подслушивания
Саботаж
Продажа данных
Воровство
Нарушитель
Оператор
+
+
+
+
+
+
Сотрудник из
управления
+
+
+
Программист
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Инженер
по
техническому
обслуживанию
+
+
+
Пользователь
+
+
+
Приведем примерный список персонала типичной АСОИ и
соответствующую степень риска от каждого из них [46; 49]:
1. Наибольший риск:
- системный контролер;
- администратор безопасности.
2. Повышенный риск:
- оператор системы;
- оператор ввода и подготовки данных;
- менеджер обработки;
- системный программист.
3. Средний риск:
- инженер системы;
- менеджер программного обеспечения.
45
4. Ограниченный риск:
- прикладной программист;
- инженер или оператор по связи;
- администратор баз данных;
- инженер по оборудованию;
- оператор периферийного оборудования;
- библиотекарь системных магнитных носителей;
- пользователь-программист;
- пользователь-операционист.
5. Низкий риск:
- инженер по периферийному оборудованию;
- библиотекарь магнитных носителей пользователей.
Итак, при проектировании системы защиты АСОИ следует
уделять внимание не только возможным объектам нарушений, но и
вероятным нарушителям как личностям. Многолетний опыт
функционирования тысяч АСОИ свидетельствует, что совершаемые без
причины, а в силу случайных обстоятельств преступления очень
редки.
На основе изложенных пояснений сути рассматриваемой
проблемы моделирования угроз, нарушителей и их действий можно
предложить следующий подход к классификации угроз безопасности
АСОИ.
Отметим, что попытки дать исчерпывающую классификацию
угроз безопасности АСОИ предпринимались неоднократно, однако
список их постоянно расширяется, и потому в данном учебном
пособии выделим лишь основные их типы.
Проводимая ниже классификация охватывает только
умышленные угрозы безопасности АСОИ, оставляя в стороне такие
воздействия как стихийные бедствия, сбои и отказы оборудования и др.
Реализацию угрозы принято называть атакой.
Угрозы безопасности можно классифицировать по следующим
признакам (выделим 9 групп) [27]:
1. По цели реализации угрозы. Атака может преследовать
следующие цели:
- нарушение конфиденциальности информации;
- нарушение целостности информации (ущерб от уничтожения
или несанкционированной модификации информации может быть
много больше, чем при нарушении конфиденциальности);
- нарушение (полное или частичное) работоспособности
АСОИ (нарушение доступности). Такие нарушения могут повлечь за
собой неверные результаты, отказы от обработки потока
информации или отказы при обслуживании.
46
2. По принципу воздействия на АСОИ:
- с использованием доступа субъекта системы (пользователя,
процесса) к объекту (файлу данных, каналу связи и т.д.);
- с использованием скрытых каналов.
Субъектом доступа называется лицо или процесс, действия
которого регламентируются правилами разграничения доступа, а
объектом доступа - единица информационного ресурса АСОИ,
доступ к которой регламентируется правилами разграничения доступа.
Под доступом понимается взаимодействие между субъектом и
объектом (выполнение первым некоторой операции над вторым),
приводящее к возникновению информационного потока от второго
к первому.
Под скрытым каналом понимается путь передачи информации,
позволяющий двум взаимосвязанным процессам обмениваться
информацией таким способом, который нарушает системную политику
безопасности (способ управления доступом). Скрытые каналы
бывают двух видов:
- скрытые каналы с памятью, позволяющие осуществлять
чтение или запись информации другого процесса непосредственно или
с помощью промежуточных объектов для хранения информации
(временной памяти);
- скрытые временные каналы, при которых один процесс
может получать информацию о действиях другого, используя
интервалы между какими-либо событиями (например, анализ временного
интервала между запросом на ввод-вывод и сообщением об
окончании операции, что позволяет судить о размере вводимой или
выводимой информации).
3. По характеру воздействия на АСОИ. Различают активное
и пассивное воздействие.
Первое всегда связано с выполнением пользователем каких-
либо действий, выходящих за рамки его обязанностей и
нарушающих существующую политику безопасности. Это может быть доступ
к наборам данных, программам, вскрытие пароля и т.д.
Пассивное воздействие осуществляется путем наблюдения
пользователем каких-либо побочных эффектов (от работы
программы, например) и их анализа. Пример - прослушивание линии связи
между двумя узлами сети. Пассивное воздействие всегда связано
только с нарушением конфиденциальности информации в АСОИ,
так как при нем никаких действий с объектами и субъектами не
производится.
4. По факту наличия возможной для использования
ошибки защиты. Реализация любой угрозы возможна только в том
случае, если в данной конкретной системе есть какая-либо ошибка или
брешь защиты.
Такая ошибка может быть обусловлена одной из следующих
причин:
- неадекватностью (несоответствием) политики безопас-ности
реальной АСОИ. В той или иной степени несоответствия такого рода
имеют все системы, но в одних случаях это может привести к
нарушениям, а в других - нет. Если выявлена опасность такого
несоответствия, необходимо усовершенствовать политику безопасности,
изменив соответственно средства защиты;
- ошибками административного управления, под которыми
понимают некорректную реализацию или поддержку принятой
политики безопасности в данной АСОИ. Пусть, например, согласно
политике безопасности в АСОИ должен быть запрещен доступ
пользователей к некоторому определенному набору данных, а на самом деле
(по невнимательности администратора безопасности) этот набор
данных доступен всем пользователям. Обнаружение и исправление
такой ошибки требуют обычно небольшого времени, тогда как ущерб
от нее может быть огромен;
- ошибками в алгоритмах программ, в связях между ними и
т.д., которые возникают на этапе проектирования программ или
комплекса программ и из-за которых эти программы могут быть
использованы совсем не так, как описано в документации. Такие ошибки
могут быть очень опасны, к тому же их трудно найти, а для
устранения надо менять программу или комплекс программ;
- ошибками реализации алгоритмов программ (ошибки
кодирования), связей между ними и т.д., которые возникают на этапах
реализации, отладки и могут служить источником недокументированных
свойств.
5. По способу воздействия на объект атаки (при активном
воздействии):
- непосредственное воздействие на объект атаки (в том числе
с использованием привилегий), например, непосредственный доступ
к набору данных, программе, службе, каналу связи и т.д.,
воспользовавшись какой-либо ошибкой. Такие действия обычно легко
предотвратить с помощью средств контроля доступа;
- воздействие на систему разрешений (в том числе захват
привилегий). При этом несанкционированные действия выполняются
относительно прав пользователей на объект атаки, а сам доступ
к объекту осуществляется потом законным образом;
48
- опосредованное воздействие (через других пользователей):
- "маскарад". В этом случае пользователь присваивает себе
каким-либо образом полномочия другого пользователя, выдавая
себя за него;
- "использование вслепую". При таком способе один
пользователь заставляет другого выполнить необходимые действия (для
системы защиты они не выглядят несанкционированными, ибо их
выполняет пользователь, имеющий на это право), причем последний
о них может и не подозревать. Для реализации этой угрозы может
использоваться вирус (он выполняет необходимые действия и
сообщает о их результате тому, кто его внедрил).
Два последних способа очень опасны. Для предотвращения
подобных действий требуется постоянный контроль как со стороны
администраторов и операторов за работой АСОИ в целом, так и со
стороны пользователей за своими собственными наборами данных.
6. По способу воздействия на АСОИ:
- в интерактивном режиме;
- в пакетном режиме.
Работая с системой, пользователь всегда имеет дело с какой-
либо ее программой. Одни программы составлены так, что
пользователь может оперативно воздействовать на ход их выполнения,
вводя различные команды или данные, а другие так, что всю
информацию приходится задавать заранее. К первым относятся,
например, некоторые утилиты, управляющие программы баз данных,
в основном - это программы, ориентированные на работу с
пользователем. Ко вторым относятся в основном системные и прикладные
программы, ориентированные на выполнение каких-либо строго
определенных действий без участия пользователя.
При использовании программ первого класса воздействие
оказывается более длительным по времени и, следовательно, имеет
более высокую вероятность обнаружения, но более гибким,
позволяющим оперативно менять порядок действий. Воздействие с
помощью программ второго класса (например, с помощью вирусов)
является кратковременным, трудно диагностируемым, гораздо
более опасным, но требует большой предварительной подготовки для
того, чтобы заранее предусмотреть все возможные последствия
вмешательства.
7. По объекту атаки. Объект атаки - это тот компонент АСОИ,
который подвергается воздействию со стороны злоумышленника.
Воздействию могут подвергаться следующие компоненты АСОИ:
49
- АСОИ в целом: злоумышленник пытается проникнуть в
систему для последующего выполнения каких-либо
несанкционированных действий. Используют обычно "маскарад", перехват или
подделку пароля, взлом или доступ к АСОИ через сеть;
- объекты АСОИ - данные или программы в оперативной
памяти или на внешних носителях, сами устройства системы, как
внешние (дисководы, сетевые устройства, терминалы), так и
внутренние (оперативная память, процессор), каналы передачи данных.
Воздействие на объекты системы обычно имеет целью доступ к их
содержимому (нарушение конфиденциальности или целостности
обрабатываемой или хранимой информации) или нарушение их
функциональности (например, заполнение всей оперативной памяти
компьютера бессмысленной информацией или загрузка процессора
компьютера задачей с неограниченным временем исполнения
(нарушение доступности АСОИ);
- субъекты АСОИ - процессы и подпроцессы пользователей.
Целью таких атак является либо прямое воздействие на работу
процессора - его приостановка, изменение характеристик (например,
приоритета), либо обратное воздействие - использование
злоумышленником привилегий, характеристик другого процесса в своих
целях. Воздействие может оказываться на процессы пользователей,
системы, сети;
- каналы передачи данных. Воздействие на пакеты данных,
передаваемые по каналу связи, может рассматриваться как атака на
объекты сети, а воздействие на сами каналы - как специфический
род атак, характерный для сети. К последним относятся:
прослушивание канала и анализ графика (потока сообщений); подмена или
модификация сообщений в каналах связи и на узлах-
ретрансляторах; изменение топологии и характеристик сети, правил
коммутации и адресации.
8. По используемым средствам атаки. Для воздействия на
систему злоумышленник может использовать стандартное
программное обеспечение или специально разработанные программы.
В первом случае результаты воздействия обычно предсказуемы,
так как большинство стандартных программ АСОИ хорошо
изучены. Использование специально разработанных программ связано с
большими трудностями, но может быть более опасным, поэтому в
защищенных системах рекомендуется не допускать добавления
программ в АСОИ без разрешения администратора безопасности
системы.
9. По состоянию объекта атаки. Состояние объекта в момент
атаки весьма существенно для результатов атаки и содержания
работы по ликвидации ее последствий.
Объект атаки может находиться в одном из трех состояний:
- хранения на диске, магнитной ленте, в оперативной памяти
или в любом другом месте в пассивном состоянии. При этом
воздействие на объект обычно осуществляется с использованием доступа;
- передачи по линии связи между узлами сети или внутри узла,
Воздействие предполагает либо доступ к фрагментам передаваемой
информации (например, перехват пакетов на ретрансляторе сети),
либо просто прослушивание с использованием скрытых каналов;
- обработки в тех ситуациях, когда объектом атаки является
процесс пользователя.
Приведенная классификация показывает сложность
определения возможных угроз и способов их реализации.
Более подробно распространенные угрозы безопасности
АСОИ рассмотрены, например, в [18].
В связи с тем, что универсального способа защиты, который
мог бы предотвратить любую угрозу, не существует, для
обеспечения безопасности АСОИ в целом создают защитную систему,
объединяя в ней различные меры защиты.
Изложенный далеко не полно пример решения проблемы
классификации угроз информационной безопасности АСОИ
убеждает в необходимости проведения глубоких исследований при
решении аналогичных проблем в контуре всех иных блоков задач
"Системной концепции..." [100].
1.5. Классификация технических средств охраны,
их основные тактико-технические характеристики
и области применения
Техническое средство охраны - это базовое понятие,
обозначающее аппаратуру (вид техники), используемую в составе
комплексов (систем) технических средств, применяемых для охраны
объектов (территорий, зданий, помещений) от несанкционированного
проникновения.
Техническое средство охраны - это вид техники,
предназначенный для использования силами охраны с целью повышения
эффективности обнаружения нарушителя и обеспечения контроля
доступа на объект охраны.
В данном разделе в основном рассматриваются вопросы
классификации аппаратуры ТСО (для краткости ТСО).
Исторически сложилось несколько подходов к решению
проблем классификации ТСО. Нами будет рассмотрен подход, который
можно характеризовать как обобщенный, не провоцирующий
полемики на предмет большей или меньшей корректности тех или иных
подходов, ибо их отличия проистекают из отличий вполне
определенных целей классификации. Некоторые неудобства для
понимания могут создавать различия в терминологии, когда близкие
понятия обозначаются разными словами, как то: средство обнаружения,
датчик, извещатель. Иногда применительно к конкретным
физическим принципам действия применяется слово "детектор" как
разновидность извещателя. По сути ко всем этим терминам следует
относиться как к синонимам, обозначающим близкие понятия - элементы
аппаратуры технических средств охранной сигнализации (ТСОС),
исполняющих функцию реагирования на внешнее воздействие.
Например, сейсмическое СО реагирует на колебание почвы, вызванное
движением кого-либо (человека, животного) или чего-либо
(автомобиля, трактора и т.д.). Каждое СО строится на определенном
физическом принципе, на основе которого действует его чувствительный
элемент (ЧЭ) (например, электромагнитный, вибрационный,
радиотехнический, емкостный, оптический и т.д.). Таким образом:
- чувствительный элемент - это первичный
преобразователь, реагирующий на воздействие на него (прямое или косвенное)
объекта обнаружения и воспринимающий изменение состояния
окружающей среды;
- средство обнаружения - это устройство, предназначенное
для автоматического формирования сигнала с заданными
параметрами (сигнала тревоги, говорят также - сигнала срабатывания или
опозещения) вследствие вторжения или преодоления объектом
обнаружения чувствительной зоны (говорят также - зоны обнаружения)
данного устройства.
Содержание и суть названных и иных понятий будут
раскрываться в излагаемом курсе последовательно по принципу "от
простого к сложному". При этом, исходя из дидактических принципов
познания, преследуется цель удобного восприятия и запоминания
наиболее важных ключевых понятий. Поэтому используется прием
краткого повтора в изложении наиболее существенных для
понимания читателя определений, описаний понятий и пояснений
физической сути рассматриваемых принципов построения СО, ТСО или
ТСОС.
Вначале рассмотрим особенности построения и тенденции
развития ТСОС.
_52
Особенности построения и тенденции развития
современных технических средств охранной сигнализации. Решение
задач обеспечения безопасности объектов все в большей мере
опирается на широкое применение технических средств охранной
сигнализации (ТСОС). При выборе и внедрении ТСОС на объектах
уделяется особое внимание достижению высокой защищенности
аппаратуры от ее преодоления (обхода). Производители ТСОС
предлагают различные способы реализации этой задачи: контроль
вскрытия блоков, автоматическая проверка исправности средств
обнаружения и каналов передачи информации, защита доступа к
управлению аппаратурой с помощью кодов (паролей), архивирование всех
возникающих событий, защита информационных потоков между
составными частями ТСОС методами маскирования и шифрования
и др. Как правило, современные ТСОС имеют одновременно
несколько степеней защиты.
Таким образом, одной из главных задач при проектировании
ТСОС является создание средств защиты от обхода их
злоумышленником (нарушителем) и это является сложнейшей многоплановой
задачей.
Очевидно, создание программно-аппаратных средств защиты
ТСОС от обхода невозможно без глубоких и исчерпывающих знаний
о структуре построения, функциональных возможностях и принципах
работы ТСОС.
Упрощенно ТСОС по признаку их применения можно
разделить на две группы:
- аппаратура, устанавливаемая на объектах народного
хозяйства, как правило, охраняемых подразделениями ГУВО МВД России;
- аппаратура, применяемая на объектах, охрана которых, как
правило, не находится в ведении ГУВО МВД России (т.е.
спецтехника, создаваемая и применяемая для охраны особо важных объектов,
находящихся в ведении спецслужб).
К первой группе относятся ТСОС, номенклатура которых
строго ограничена и регулируется общегосударственными
нормативными документами. Информация о таких средствах в основном открыта
и общедоступна.
В состав ТСОС второй группы входят многообразные по типам
и классам средства, обеспечивающие передачу тревожной
информации или на локальные звуковые и световые сигнализаторы, или
на удаленные стационарные или носимые пульты по телефонным
линиям, специальным радиоканалам, посредством систем сотовой
связи и т.п., обработка такой информации осуществляется в
специализированных ССОИ. Сведения о принципах построения и
особенностях специальных ТСОС излагаются в закрытой печати.
и
Динамика мирового развития ТСОС диктует необходимость
изучения структурного и функционального построения не только
современных ТСОС, но и отслеживание тенденций (прогнозирование)
развития аппаратуры в перспективе. Такой мониторинг позволяет
проводить упреждающие разработки ТСОС, аналоги которых
ожидаются к появлению в ближайшее время.
В соответствии с рис. 1.1 технические средства охранной
сигнализации входят в состав комплекса технических средств охраны
наряду с техническими средствами наблюдения, средствами
управления доступом и вспомогательными средствами, объединенными
общей оперативно-тактической задачей. Как правило, это
автоматизированные системы охраны. Обобщенная структурная схема АСО
представлена на рис. 1.1 в разд. 1.1.
В свою очередь комплекс ТСО в совокупности с инженерными
средствами охраны (инженерно-строительные сооружения,
препятствующие проникновению нарушителя), объединенные для решения
общей задачи по охране объекта, образуют законченный комплекс
инженерно-технических средств охраны.
Под комплексом ТСОС понимается совокупность
функционально связанных средств обнаружения, системы сбора и обработки
информации и вспомогательных средств и систем (системы
тревожного оповещения, системы охраны периметра и т.д.), объединенных
задачей по обнаружению нарушителя.
Под системой сбора и обработки информации (ССОИ)
понимается совокупность аппаратно-программных средств,
предназначенных для сбора, обработки, регистрации, передачи и
представления оператору информации от средств обнаружения, для
управления дистанционно управляемыми устройствами
(телекамеры, освещение и т.п.), а также для контроля работоспособности как
средств обнаружения, дистанционно управляемых устройств и
каналов передачи, так и работоспособности собственных составных
элементов.
Аппаратура ССОИ подразделяется на:
- станционную, осуществляющую прием, обработку,
отображение и регистрацию информации, поступающей от периферийной
аппаратуры ССОИ, а также формирование команд управления
и контроля работоспособности;
- периферийную (периферийные блоки, концентраторы),
осуществляющую прием информации от средств обнаружения, ее
предварительную обработку (кодирование) и передачу ее по каналу
передачи на центральную станционную аппаратуру, а также прием
и передачу команд управления и контроля работоспособности.
54
Структура типовых вариантов построения комплексов ТСОС
определяется распределением логической обработки информации
от СО между станционной аппаратурой и периферийными блоками
(ПБ), а также способом связи между ними и СО. На выбор варианта
структуры построения комплекса главным образом оказывают
влияние следующие факторы:
- качественный и количественный состав обслуживаемых СО
и ПБ (концентраторы, выносные пульты сигнализации и др.);
- степень централизации управления ССОИ;
- структурные особенности охраняемых объектов;
- стоимостные и надежностные факторы.
Известны следующие основные способы соединения
станционной аппаратуры с периферийными блоками и СО (варианты
построения структурных схем ТСО):
1. Радиальный (лучевой) бесконцентраторный (рис. 1.4).
СО1
СО2
1 <
СОЛ/
Станционная
аппаратура
ССОИ
Рис. 1.4. Радиальное (лучевое) бесконцентраторное соединение
станционной аппаратуры с СО
Как правило, комплексы ТСОС с радиальной бесконцентра-
торной структурой имеют следующие основные особенности:
- простота исполнения и технического обслуживания
аппаратной части (подключения, настройки, ремонта и т.п.);
- подключение каждого СО осуществляется по отдельным
цепям электропитания, дистанционной проверки и контроля состояния;
- неисправности, возникающие в линиях связи СО и входных
цепях станционной аппаратуры, влияют на работоспособность
только отдельного канала сигнализации, что при соответствующей
организации охраны не влияет на функционирование всего комплекса
ТСОС;
- значительный объем и разветвленность кабельных линий
(для проводных систем).
2. Радиальный (лучевой) с концентраторами (рис. 1.5).
Назначение концентраторов в ССОИ разного типа может
отличаться по различным признакам.
СО1
СОЛ/
СО1
ПБ1
СОЛ/
СО1
ПБ2
СОЛ/
ПБЛ/
Станционная
аппаратура
ССОИ
Рис. 1.5. Радиальное (лучевое) с концентраторами соединение станционной
аппаратуры с ПБ и СО
Кроме функций увеличения емкости аппаратуры (под
емкостью понимается количество каналов сигнализации ССОИ, т.е.
количество единичных аппаратно-программных средств ССОИ, каждое из
которых предназначено для контроля над состоянием одного СО) и
уплотнения передаваемой информации концентраторы могут
служить для объединения СО по участкам блокирования, автоматической
проверки их работоспособности и обеспечения контроля линии связи.
В отдельных системах кроме названных функций в
концентраторы закладываются функции предварительной обработки сигналов
от СО. Через них же осуществляется и электропитание СО.
К особенностям комплексов ТСОС с радиальной структурой
с концентраторами можно отнести следующие:
- при постановке на охрану/снятии с охраны какого-либо
канала сигнализации подача/снятие электропитания осуществляется на
всю группу каналов, подключенных к одному концентратору, т.е. по
одной линии связи осуществляется электропитание концентратора и
всех СО, подключенных к данному концентратору. Это
обстоятельство можно не учитывать при малом энергопотреблении СО и малых
расстояниях от СО до станционной аппаратуры, однако оно
накладывает жесткие ограничения на сопротивление соответствующих
соединительных проводов при значительном энергопотреблении
или при большой длине линии связи;
- более высокая стоимость аппаратуры по сравнению с
аппаратурой комплексов, построенных по радиальной бесконцентратор-
ной схеме;
- при нарушении связи с концентратором теряется
информация о состоянии целой группы СО, подключенной к нему.
Основное достоинство комплексов с такой структурой -
относительно низкая стоимость кабельных коммуникаций и относительно
короткое время их монтажа.
3. Шлейфовый (магистральный) без концентраторов (рис. 1.6)
и с концентраторами (рис. 1.7).
Станционная
аппаратура
ССОИ
СО1
СО2
CON
Рис. 1.6. Шлейфовое (магистральное) без концентраторов
соединение станционной аппаратуры с СО
Станционная
аппаратура
ССОИ
ПБ1
ПБ2
СО1 ... CON CO1 ... CON
ПБЛ/
CO1
CON
Рис. 1.7. Шлейфовое (магистральное) с концентраторами
соединение станционной аппаратуры с ПБ и СО
Работоспособность комплексов ТСОС с шлейфовой
структурой в большой степени определяется исправным состоянием линий
связи (в таких системах структура кабельных коммуникаций менее
развита, чем в радиальных ТСОС), поскольку возникновение
короткого замыкания в линии полностью нарушает работу комплекса, а в
случае обрыва в рабочем состоянии остается только та часть
комплекса, с которой поддерживается связь. Учитывая данное
обстоятельство, в последнее время используется резервирование
соединительных линий и узлов. При этом подача электропитания и связь с
устройствами комплекса осуществляется по двум независимым
шлейфам. Поэтому при выходе из строя одного из них
работоспособность комплекса поддерживается за счет другого. Однако в этом
57
случае стоимость кабельных линий и электромонтажных работ
увеличивается практически в два раза. Также на работоспособность
комплекса ТСОС со шлейфовой структурой большое влияние
оказывает организация электропитания СО, так как питание должно
подаваться по ограниченному количеству проводов и должен
учитываться суммарный ток потребления всех СО и концентраторов (при их
наличии).
4. Смешанная (радиально-шлейфовая), или древовидная,
структура (рис. 1.8).
СО1
СОЛ/ СО1
ПБ1
СОЛ/
ПБ2
СО1
ПБЛ/
Станционная
аппаратура
ССОИ
СОЛ/
ПБ 1
СО 1
1
ПБ 2
СОЛ/
СО 1
ПБ N
СОЛ/
СО 1
t
СО N
Рис. 1.8. Смешанное (радиально-шлейфовое) соединение станционной
аппаратуры с ПБ и СО
Данная структура ССОИ является комбинацией технических
средств, соединенных по радиальной и шлейфовой схемам.
Необходимо отметить, что указанные способы связи
периферийных блоков и СО со станционной частью ССОИ могут быть
использованы и для организации связи СО с ПБ. Связь ПБ с СО также
может быть организована посредством локальной сети, имеющей
шлейфовую или древовидную структуру.
58
Для включения СО на общую магистраль локальной сети
необходима разработка специальных блоков сопряжения,
устанавливаемых рядом с каждым СО и служащих буфером между сетью и
стандартизованными выходными/входными цепями СО в виде
контактов реле. Однако, зачастую стоимость такого устройства может
быть соизмерима со стоимостью некоторых СО и будет превышать
выигрыш в стоимости, получаемый за счет сокращения длины
кабелей связи.
При выборе структуры построения комплекса ТСОС и
соответствующей аппаратуры ССОИ учитываются:
- категория объекта, оснащаемого комплексом;
- затраты на оборудование объекта;
- уровень подготовленности персонала, которому предстоит
работать с устанавливаемым комплексом;
- время поиска и устранения неисправностей и надежность
линии связи.
Для комплексов относительно небольшой емкости (до
100... 150 каналов), как правило, используется радиальная схема
соединения периферийных устройств и СО со станционной
аппаратурой, а для комлексов большей ёмкости - шлейфовая с
концентраторами сигнализационной информации. При этом обработка
информации должна осуществляться преимущественно в
концентраторах, объединенных со станционной частью по шинной структуре
(локальной вычислительной сети).
Как правило, наиболее предпочтительным является
смешанная структура построения комплексов ТСОС:
- для наиболее важных участков блокирования - радиальная
структура;
- для менее важных помещений - шлейфовая/магистральная
структура.
Отличительной особенностью построения комплексов ТСОС,
содержащих многие типы СО, являются способы адаптации ССОИ
к конкретным типам контролируемых ею СО. При сопряжении СО и
ССОИ необходимо согласовать следующие стыковочные параметры:
- напряжение электропитания СО (если оно требуется);
- время неустойчивого состояния выходных контактов СО
после подачи на него напряжения электропитания (время переходных
процессов СО);
- тип дистанционной проверки работоспособности СО.
В целях осуществления контроля за действиями оператора по
управлению комплексом ТСОС и для удобства оперативной работы
в состав комплекса вводится аппаратура хранения (архивирования)
и документирования информации. Наибольшее распространение
59
получили накопление информации в специальном оперативном
запоминающем устройстве (ОЗУ) или на жестком диске ПЭВМ с
возможностью вывода информации на буквенно-цифровой индикатор
(экран монитора ПЭВМ) и\или ее распечатывания.
Однако введение в состав комплекса устройств
документирования требует предусматривать блоки автоматики,
предназначенные для логической обработки и подготовки сигналов управления
блоками цифро-печатающего устройства. В последнее время для
документирования и систематизации сигнализационной
информации в состав ССОИ вводится блок стыковки с ПЭВМ.
Сигнализационная информация из ОЗУ ССОИ через этот блок передается
в ПЭВМ, где ее можно систематизировать:
- по выбранным каналам;
- по выбранному интервалу времени;
- по видам сообщений.
В комплексах ТСОС передача информации между СО,
периферийными устройствам и станционной частью ССОИ может
осуществляться по линиям связи разного типа. В зависимости от
используемого типа линии связи различают следующие комплексы ТСОС:
- с проводными линиями связи;
- с радиоканалами связи;
- с оптоволоконными линиями связи;
- со специальными линиями связи (ультразвуковые,
инфракрасные и т.п.).
В большинстве современных комплексов ТСОС используются
проводные (кабельные) линии связи. В качестве проводных линий
могут использоваться специально проложенный кабель,
телефонные линии - свободные (специально выделенные для передачи
информации) и занятые (по занятым телефонным каналам с помощью
ВЧ-несущей), электросеть, телевизионные кабели (кабельное
телевидение, общие антенны и т.п.).
В мобильных комплексах, как правило, обеспечивается
организация радиолинии связи между блоками ТСОС. Радиоканалы
могут использовать разные частоты, виды модуляции и мощности
передатчика. Во всех случаях применения радиолинии связи
необходима подача автономного электропитания на периферийные блоки,
а значит и на СО.
В ближайшее время в связи с непрерывным снижением
стоимости услуг и оборудования систем сотовой связи с большой
вероятностью можно предположить, что для передачи данных между
устройствами комплекса ТСОС все более широко использоваться
каналы сотовой связи. Но этого может и не произойти, если не будут
найдены надёжные способы защиты сотовой связи при их исполь-
60
зовании в системах безопасности и не будут найдены способы
обеспечения надежности (обеспечения оперативности) такой связи.
Использование сотовых систем связи оправдано в случаях,
когда необходимо снизить габариты аппаратуры, уровень
собственных электромагнитных излучений (и, соответственно, потребляемую
аппаратурой мощность от автономного источника электропитания
или бортсети), а также когда нужно обеспечить большую площадь
действия системы. Параметры канала передачи данных позволяют
обеспечить передачу речевой или малокадровой
видеоинформации, что позволяет реализовать дополнительные функции
обеспечения безопасности (передачу кодированной речи, скрытное
прослушивание или скрытное видеонаблюдение).
При организации передачи данных по каналам сотовой связи
(например, стандарта GSM) в системах безопасности стационарных
объектов обеспечиваются гибкие алгоритмы опроса датчиков,
полная автономность обеспечения работоспособности системы.
Диспетчерский центр контролирует работоспособность системы путем
периодического опроса состояния датчиков. Сигнал тревоги
поступает на пульт с задержкой не более 20 с.
В современных линиях передачи информации находят
применение и волоконно-оптические линии связи, построенные на основе
волоконных световодов. Они по сравнению с проводными линиями
связи обладают рядом преимуществ:
- высокая скрытность передачи данных;
- высокая скорость передачи данных;
- высокая помехозащищенность и нечувствительность к
электромагнитному излучению;
- малая масса.
Наиболее дорогими компонентами волоконно-оптических
систем по сравнению с электрическими проводными являются разъемы,
кабели, коммутаторы, ответвители, переключатели и т.п.
В связи с этим стоимость оптоэлектронных узлов комплексов
ТСОС в настоящее время дороже в 3...5 раз их проводных аналогов.
Причем, в комплексах с оптоволоконным каналом обмена данными
необходима организация автономного электропитания каждого
ПБ и СО.
По указанным причинам в настоящее время оптоволоконные
линии связи редко используются в комплексах ТСОС стационарных
объектов.
На ряде охраняемых объектов требуется применение
комплексов ТСОС с высокой степенью защиты соединительных
сигнализационных линий от несанкционированного внедрения. В
настоящее время для этих целей, как правило, используются ССОИ,
обеспечивающие защиту сигналов, передаваемых по линии связи
между СО и ССОИ.
Большое количество объектов различных форм
собственности и многие квартиры граждан на территории Российской
Федерации охраняются подразделениями вневедомственной охраны,
организуемыми при органах внутренних дел. В настоящее время на
объектах и в квартирах, охраняемых по договорам
подразделениями вневедомственной охраны, разрешается использовать только
определенные технические средства охраны, приведенные в
Перечне технических средств вневедомственной охраны,
разрешенных к применению (П 78.36.001-01 на 2001 год). Перечень
обновляется раз в 2 года, утверждается ГУВО МВД России и содержит
полный набор технических средств, которые обеспечивают
централизованную охрану любой категории объектов.
Изложенные выше особенности построения современных
комплексов ТСОС распространяются и на технические средства охраны,
применяемые ГУВО МВД России, в случае организации на
охраняемом объекте системы автономной охраны. В интерпретации ГУВО
система автономной охраны строится из отдельных систем охранной
сигнализации с выходом на местные станционные аппараты и/или
на другой отдельный станционный аппарат, устанавливаемый в
пункте автономной охраны. Пункт автономной охраны - это пункт,
расположенный на охраняемом объекте или в непосредственной
близости от него, обслуживаемый службой охраны объекта. При
этом в терминах ГУВО станционная часть ТСОС, осуществляющая
сбор (прием) информации от средств обнаружения, преобразование
(обработку) сигналов, выдачу извещений для непосредственного
восприятия человеком, выдачу команд на включение средств
обнаружения, именуется приемно-контрольным прибором (ПКП), т.е. это
синоним понятия ССОИ. Средства обнаружения, в свою очередь,
именуются извещателями.
Часто требуется организация охраны ряда рассредоточенных
объектов (особенно в условиях мегаполисов). В этом случае
используется система централизованной охраны, как правило, привязанная
к станционной и линейной аппаратуре городской телефонной сети
(ГТС) и осуществляемая с помощью систем передачи извещений
(СПИ). Посредством СПИ информация передается на диспетчерский
пункт централизованной охраны. В терминологии ГУВО под системой
передачи извещений понимается совокупность совместно
действующих технических средств для передачи извещений о проникновении на
охраняемые объекты, служебных и контрольно-диагностических
извещений, а также (при наличии обратного канала) для передачи и приема
команд телеуправления. СПИ предусматривает установку оконечных
В2
устройств (ОУ) на объектах, ретрансляторов (Р) в кроссах
автоматических телефонных станций (АТС), жилых домах и других промежуточных
пунктах и установку пультов централизованного наблюдения (ПЦН)
в пунктах централизованной охраны (ПЦО).
Структурная схема системы с централизованным
наблюдением представлена на рис. 1.9.
Объектовое оконечное устройство - это составная часть
СПИ, устанавливаемая на охраняемом объекте для приема
извещений от ПКП, преобразования сигналов и их передачу по каналу связи
на ретрансляторы, а также (при наличии обратного канала) для
приема команд телеуправления от ретранслятора.
Ретранслятор - это составная часть СПИ, устанавливаемая в
промежуточном пункте между охраняемым объектом и ПЦО или на
охраняемом объекте для приема извещений от объектовых
оконечных устройств или других ретрансляторов, преобразования сигналов
и их передачи на последующие ретрансляторы или на ПЦН, а также
(при наличии обратного канала) для приема от пульта или других
ретрансляторов и передачи на объектовые оконечные устройства
или ретрансляторы команд телеуправления.
Охраняемый объект № 1
Комплекс ._ _,
ТСОС 'ПКП'
— ОУ1
Охраняемый объект N
Комплекс
ТСОС
; ПКП ;
ОУ/V
АТС 1
Р1
ATCj
PJ
ПЦО
ПЦН
Рис. 1.9. Структурная схема СПИ с централизованным наблюдением
Пульт централизованного наблюдения - это
самостоятельное техническое средство (совокупность средств) или составная
часть СПИ, устанавливаемая на ПЦО для приема от ретрансляторов
извещений, обработки, отображения, регистрации полученной
информации, а также (при наличии обратного канала) для передачи на
ретрансляторы и объектовые оконечные устройства команд
телеуправления.
По типу используемых линий (каналов) связи следует
выделить СПИ, использующие:
- линии телефонной сети;
- радиоканалы;
- специальные линии связи;
- комбинированные линии связи и др.
Среди СПИ, использующих линии телефонной сети, в нашей
стране получили подавляющее распространение СПИ с
использованием абонентских линий, переключаемых на объекте и кроссе АТС
на период охраны. Эта возможность появляется в связи с
отсутствием необходимости сохранения телефонной связи объекта в период
охраны (на объекте нет людей и телефон не требуется для ведения
разговора).
Существуют также СПИ с использованием выделенных линий
телефонной сети и СПИ с использованием занятых телефонных
линий (передача извещений осуществляется путем высокочастотного
уплотнения сигналов в телефонных линиях, что не мешает ведению
телефонных переговоров).
Можно утверждать, что в ближайшие годы область охранных
технологий продолжит свое бурное развитие, продолжится широкое
внедрение передовых средств микропроцессорной и
вычислительной техники. Благодаря развитию элементной базы все большее
применение при построении отдельных устройств и узлов
современных комплексов ТСОС будут находить цифровые электрические
схемы, особенно на основе микроконтроллеров.
В ССОИ микроконтроллеры позволяют значительно упростить
создание схем обработки информации от СО, от элементов,
контролирующих состояние системы, от устройств ввода/вывода
(клавиатура, индикаторы, индикаторное табло, цифропечатающее
устройство и т.п.) за счет разработки специального программного
обеспечения. Это, в конечном итоге, заметно снижает габаритные
размеры, стоимость и увеличивает унифицируемость систем (для
каждого конкретного случая могут вноситься необходимые
корректировки в программное обеспечение (ПО), что легче и дешевле
переработки принципиальных схем узлов ССОИ).
64
Применение цифровой элементной базы при построении СО
позволяет реализовать более оптимальные алгоритмы обработки
сигналов от чувствительных элементов СО, что, в свою очередь,
приводит к улучшению тактико-технических характеристик, таких как:
- вероятность обнаружения;
- вероятность ложного срабатывания;
- наработка на ложное срабатывание.
Кроме того, отчетливо проявляются тенденции снижения
энергопотребления, излучаемых мощностей, габаритных размеров,
стоимости СО, улучшения маскирующих свойств СО.
В перспективе процессы обработки, отображения, хранения и
документирования информации, обмена информацией с другими
системами будут по-прежнему возложены, в основном, на
персональные компьютеры. Применение последних достижений
компьютерных технологий позволит создавать интеллектуальные системы
охранной сигнализации с высоким уровнем автоматизации.
Разработка новых способов отображения вплоть до создания трехмерной
графической модели охраняемого объекта, на которой отображены
все СО, режимы их работы и состояние, откроет возможность
повышения наглядности изображения места проникновения
нарушителя и направления его движения. Увеличение объемов
сохраняемой информации и новые способы ее обработки (необходимые для
отчетов и специальных статистических исследований) позволят
создавать автоматизированные базы данных. Управление КТСО,
как правило, будет осуществляться с помощью клавиатуры,
манипулятора "мышь", сенсорных экранов.
Существующая тенденция повышения гибкости структур
комплексов ТСОС и необходимости их достаточно простой
адаптации под оперативные условия функционирования
разнообразных объектов охраны обуславливает все более широкое
применение стандартных программно-аппаратных интерфейсов для связи
отдельных устройств комплексов, как правило, типа RS-232 - для
небольших расстояний и RS-485 - для удаленных приборов и
аппаратуры.
В ближайшие годы все более актуальным станет
объединение комплексов ТСОС с другими охранными системами, такими как
системы пожарной сигнализации, контроля доступа, телевизионного
наблюдения и др. в интегрированные системы безопасности. Для
создания таких систем потребуется аппаратно-программная
стыковка ССОИ комплекса ТСОС с другими охранными системами. В
настоящее время, как правило, не разрабатываются (как это было
ранее) специальные узлы для стыковки охранных систем между
собой. В современных системах используются стандартные интер-
фейсы и протоколы обмена информацией (например, RS-485
и RS-232), так как это обеспечивает возможность легкой стыковки
систем разного назначения и с разными характеристиками. При
наличии специально разработанного программного обеспечения и
наличии у объединяемых систем портов ввода/вывода со
стандартными интерфейсами обмена информацией охранные системы
разного назначения объединяются в единую (интегрированную)
систему безопасности.
Таким образом, анализ структурных схем построения и
схемотехнических решений отдельных блоков показывает, что в
последующие годы ТСОС будут развиваться в направлении создания
многофункциональных аппаратно-программных центров сбора и
обработки информации, поступающей от разных подсистем
(охранной и пожарной сигнализации; контроля и управления доступом;
теленаблюдения; обнаружения оружия, радиоактивных, взрывчатых
и иных опасных веществ и др.), т.е. в направлении создания единой
интегрированной системы безопасности объекта. ТСОС будут
обладать универсальностью и гибкостью структуры, адаптивно
настраиваться на решение конкретных тактических задач. ТСОС будут
становиться все более "интеллектуальными", будет повышаться
уровень их автоматизации: они смогут самостоятельно, практически
без участия оператора, формировать ответные реакции на потоки
поступающих событий.
Интегрированные системы безопасности будут представлять
собой аппаратно-программные комплексы с общей базой данных.
В качестве устройств управления будут использоваться
компьютерные терминалы со-специализированным программным обеспечением.
Благодаря интеграции отдельных подсистем, применению
компьютера в качестве устройства контроля и управления и
развитию соответствующих компьютерных технологий обработки
информации будут достигаться:
- высокий уровень автоматизации процессов управления
функционированием технической системы обеспечения
безопасности и реагирования на внешние события;
- снижение влияния человеческого фактора на надежность
функционирования системы (высокий уровень автоматизации
предполагает автоматическое исполнение многих функций контроля и
управления);
- взаимодействие аппаратуры разного назначения,
исключающее противоречивые команды благодаря организации гибкой
системы внутренних приоритетов и/или их адаптивной настройки на
происходящие в системе события;
3—3018
66
- упрощение процесса управления со стороны оператора
интегрированной системой безопасности (ИСБ);
- более высокий уровень разграничения прав доступа к
информации;
- повышение степени защиты от несанкционированного
доступа к управлению;
- общее снижение затрат на создание ИСБ за счет исключения
дублирующей аппаратуры;
- повышение эффективности работы каждой из подсистем
и реализация ряда других свойств.
Классификация чувствительных элементов средств
обнаружения. В предыдущих разделах мы рассмотрели возможные пути
и способы проникновения нарушителя на объект охраны. Очевидно,
при своем движении человек-нарушитель оставляет множество
разнообразных следов своего движения и/или пребывания, которые
могут быть зафиксированы (а при необходимости измерены)
различными приборами (СО). На самом деле, человек обладает вполне
определенными (говоря в терминах математики, расположенными
во вполне определенных областях существования) параметрами,
как то: геометрическими размерами, массой, температурой тела,
запахом, электрическими, биомеханическими и биодинамическими
характеристиками, скоростями движения, частотой шага и т.д.
При своем движении он возбуждает звуковые и
ультразвуковые колебания в атмосфере и окружающих предметах, а также
сейсмические колебания в почве и строительных конструкциях.
В процессе выполнения тех или иных действий человек оказывает
непосредственное силовое воздействие на интересующие его
предметы, а также динамическое воздействие на поля электромагнитной
и акустической энергии, вызывая нарушения их структуры в
пространстве.
Движение человека сопровождается генерацией
сверхнизкочастотных электрических полей, возникающих как следствие
переноса индуцированного в результате трения обуви о поверхность
пола и взаимного трения элементов тела и одежды
электростатического заряда.
Кроме того известно, что в процессе физической деятельности
человек излучает электромагнитные сигналы в очень широком
спектре частот, а органы дыхания и кровообращения генерируют
акустические колебания. Потовые железы человека выделяют в
окружающую атмосферу продукты, в составе которых насчитываются
десятки химических веществ, некоторые из которых являются
характерными только для человека.
В процессе проникновения в помещение нарушитель
открывает двери, окна, форточки; иногда вынужден вырезать и/или
выбивать стекла, либо проделывать отверстия и проломы в потолках,
полу или стенах. Внутри помещения он передвигает предметы,
обстановку, пытается вскрыть металлические шкафы или сейфы,
фотографировать документы или изделия. Для выполнения этих
действий он может иметь с собой фотоаппаратуру, различный
инструмент, а также оружие или взрывчатые вещества. Указанные
факторы обладают самостоятельными информативными
характеристиками, обнаруживающими присутствие (или следы пребывания)
человека в охраняемом помещении, одновременно увеличивая объем
информации о нем.
Так, имеющееся у нарушителя оружие или инструмент
обладают определенными физическими параметрами и их наличие
может привести к изменению напряженности магнитного поля, частоты
облучающего СВЧ сигнала. Применение механического инструмента
для открывания дверей и металлических шкафов, образование
проломов и отверстий в стенах и полах помещений сопровождается
возбуждением характерных колебаний (вибраций) в твердых телах
и акустических волн в воздушной среде помещения.
При использовании газовой горелки имеет место тепловое
излучение пламени, изменяется температура подвергающегося
воздействию нарушителя объекта, появляется специфический запах
горючей смеси, который, как и в случае применения взрывчатых
веществ, приводит к изменению химического состава воздуха.
Таким образом, появление нарушителя в охраняемом
помещении в общем случае может быть обнаружено по большому числу
физико-химических явлений. Это обнаружение осуществляется с
помощью технических средств, в основу построения которых
положены самые различные принципы регистрации изменений состояния
среды.
Основные типы чувствительных элементов, осуществляющих
взаимодействие с внешней средой и нарушителем, которые могут
быть положены в основу построения соответствующих типов СО,
приведены на рис. 1.10.
Схема, представленная на рис. 1.10, показывает на
возможность достаточно надежного обнаружения человека-нарушителя на
00. Однако вероятность этого обнаружения зависит от тактико-
технических характеристик СО, которые закладываются, исходя из
условий их применения, уровня необходимой защиты
(характеризуемой категорией важности объекта охраны) и, соответственно,
возможными (разумными) затратами на создание (приобретение)
ТСО для рассматриваемого конкретного объекта.
Виды взаимодействия чувствительных
элементов с внешней средой и
нарушителем
Продолжение
на следующей странице
Вещество
Поле
Перенос вещества
Перенос
микроскопических
образований
Радиоактивные частицы
Перемещение
различных
тел
Ольфак-
тронные
Радиационные
Электромеханические:
Электро
контактные,
инерционные
Давление
Колебания и
волны в среде
Давление
через
твердую
среду
Давление
через
жидкую
и
газообразную
среду
Датчики
давления
Барометрические
датчики
давления
Акустические
(микрофонные),
контактные
микрофоны,
ультразвуковые,
сейсмические,
трибоэлект-
рические
Гравитационное
Магитное
Электрическое
Магнитометрическое
Емкостные
Индукционные
Электростатические
Основные типы средств обнаружения
Рис. 1.10 (начало)
69
Виды взаимодействия чувствительных
элементов с внешней средой и
нарушителем
Электромагнитные волны
Сверхдлинные и
длинные
10* м
Километровые
(длинные)
Ю3...104м
Гектомет-
ровые
(средние)
102...103м
Децимилли-
метровые
10"\..10-3м
Ультрафиолетовое излучение
4*10"7...10"9м
Декамет-
ровые
(короткие)
Ю...102м
Метровые
Ультракороткие
Инфракрасное
излучение
8*10"7 м
Радиотехнические
радиолучевые
радиолокационные
кабельные радиоволновые
Инфракрасные
Телевизионные
Рентгеновское
излучение
10-9...10И2м
Гамма-
излучение
1114
Радиационные
Световое
излучение
7
I
Фотолучевые
Телевизионные
Основные типы средств обнаружения
Рис. 1.10 (окончание). Основные типы чувствительных элементов,
осуществляющих взаимодействие с внешней средой и нарушителем
Типовые подходы к классификации средств обнаружения
и технических средств охраны. Как было сказано ранее, основу
комплекса технических средств охраны составляют: средства
обнаружения (СО); технические средства наблюдения (ТСН); система
_70
сбора, обработки, отображения и документирования информации
(ССОИ); средства контроля доступа (СКД); вспомогательные
средства и устройства (блоки резервного электропитания, переговорные
устройства и т.д.). Кроме того в особо необходимых условиях
применяются специальные средства защиты информации, поиска
техники подслушивания, наблюдения и т.д., а также специальные
средства обнаружения и обезвреживания диверсионно-террористических
средств (средства защиты от ДТС).
Предметом рассмотрения в данной книге являются первые три
компонента, т.е. СО, ТСН и ССОИ. Остальные компоненты не могут
быть рассмотрены, ибо представляют специальные области знаний,
излагаемые в иных учебных программах. Отметим, что важнейшее
значение для безопасности объекта имеет применение средств
пожарной сигнализации, но в данной книге эти вопросы также не
рассматриваются, они являются отдельным многогранным предметом
изучения, которому посвящены многие литературные источники.
В инженерной практике, как правило, выделяются следующие
типы СО:
1. По способу приведения в действие (постановка на охрану,
снятие с охраны с центрального пульта) СО подразделяют на
автоматические и автоматизированные (последние иногда в литературе
называют "ручными", что конечно, неверно).
2. По назначению автоматические СО (далее в тексте - СО)
подразделяют:
- для закрытых помещений;
- для открытых площадок и периметров объектов.
3. По виду зоны, контролируемой СО, выделяются:
- точечные;
- линейные;
- поверхностные;
- объемные (пространственные).
4. По принципу действия рассматриваются СО следующих типов:
- механические (на практике выделяют электроконтактные,
магнитоконтактные, ударноконтактные);
- электромагнитные бесконтактные;
- магнитометрические;
- емкостные;
- индуктивные;
- гидроакустические;
- акустические;
- сейсмические;
- оптико-электронные (активные и пассивные);
- радиоволновые;
- радиолучевые (микроволновые);
- ольфактронные (строятся на принципе обнаружения запаха -
одорологии) [147];
- комбинированные.
Примечание. Строго говоря, некоторые названия типов СО
могли бы быть объединены, исходя из физических принципов действия их
чувствительных элементов и/или величин измеряемых параметров сигналов
(например, радиоволновые и радиолучевые могли бы быть названы
радиолокационными; или существует в литературе название "пьезоэлектрические
СО" - это на самом деле могут быть гидроакустические, акустические и
сейсмические СО).
5. По количеству зон обнаружения, создаваемых СО, их
подразделяют на однозонные и многозонные.
6. По дальности действия ультразвуковые, оптико-
электронные и радиоволновые СО для закрытых помещений
рассматривают:
- малой дальности действия -до 12 м;
- средней дальности действия - свыше 12 до 30 м;
- большой дальности действия - свыше 30 м (кроме
ультразвуковых СО).
7. По дальности действия оптико-электронные и
радиоволновые СО для открытых площадок и периметров объектов
подразделяют:
- малой дальности действия -до 50 м;
- средней дальности действия - свыше 50 до 200 м;
- большой дальности действия - свыше 200 м.
8. По конструктивному исполнению ультразвуковые, оптико-
электронные и радиоволновые СО принято подразделять на:
- однопозиционные - один или более передатчиков
(излучателей) и приемник(и) совмещены в одном блоке;
- двухпозиционные - передатчик (излучатель) и приемник
выполнены в виде отдельных блоков;
- многопозиционные - более двух блоков (один передатчик,
два или более приемников; один приемник, два или более
передатчиков; два или более приемников).
Каждый из названных классов СО представлен на рынке
множеством различных датчиков, рассчитанных для применения в
конкретных условиях.
Например, третий класс СО (по виду контролируемой зоны)
может быть представлен рис. 1.11.
Датчики
точечные, линейные и
поверхностные
магнитные переключатели
(содержат постоянный
магнит и вибропереключатель,
работающие при разрыве
цепи на включение или
отключение)
датчики затвора (содержат
излучатель и приемник ИК-
излучения)
датчики разрушения стекла
датчики-переключатели для
ковров и дорожек
(вибродатчики)
датчики ИК-излучения
(выполнены в виде
расположенных друг против друга
излучателя и приемника)
датчики, использующие
СВЧ-излучения
емкостные
датчики на разрыв
волоконно-оптические
другие типы
пространственные
инфракрасные
ультразвуковые
СВЧ-датчики
акустические
сейсмические
комбинированные
другие типы
Рис. 1.11. Классификация СО по виду контролируемой зоны
Следует отметить, что любой из известных подходов к
классификации обладает с точки зрения теории определенными
недостатками, например, недостаточной полнотой, в различных классах
одних и тех же типов СО и т.д. Однако, на практике всегда можно
найти подход, удовлетворяющий поставленным задачам выбора или
разработки СО для оборудования ими вполне конкретных объектов
с вполне конкретными условиями эксплуатации. Например, удобен
подход к классификации представленный на рис. 1.12. Его можно
назвать подходом, основанным на физических принципах действия
чувствительных элементов СО, возможных мест расположения
и назначения.
73
периметровые
Средства
обнаружения
на
верхности
земли
под
землей
в
воздушном
пространстве
на
водном
рубеже
объектовые
проемы
инженерных
сетей
внутренний
объект
вход в
помещение
отдельный
предмет
сигнально-
заградитель-
ные
комбинированные
| ОХРАНЯЕМАЯ ЗОНА ,,
сигнальные
стационарные
противоугонно-
охранные
"I контактные | | радиотехнические \-
индуктивные
ТемкостныеТ
волокон но-оптические
|сейсмические|
I Магнитометрические |
Iлиния вытекающей волны!
[магнитоконтактные[
[ электроконтактные |
I ударно-контактные |
-| электромагнитные]
-{вибрационные | [Электромагнитные [
волоконно-
оптические
магнитометрические
контактно-
электризуемые
линия
вытекающей
волны
трибоэлектрические
сантиметрового
диапазона
1 индуктивные] |злектромагнитные[-
емкостные |
| магнитометрические |
-j оптико-электронные |
I
лазерные
I оптические |-
инфракрасные
-| вибрационные 11 ультразвуковые |-
-| радиотехнические |
-j акустические | | вибрационные |-
| электромеханические \-
лазерные | [ультразвуковые!
оптические
[ гидроакустические]-
Рис. 1.12. Пример классификации СО по физическим принципам действия
чувствительных элементов и возможным местам расположения
74
Априори ясно, что выбор на рынке конкретного СО
проистекает из соответствия его тактико-технических характеристик (ТТХ)
условиям применения. Это означает, что СО с данными ТТХ
применимо лишь при определенных условиях, т.е. СО должно быть
установлено в такой среде, характеристики которой (рельеф местности,
электромагнитные поля, вибрационный фон, наличие или отсутствие
растительности, параметры влажности, температуры и т.д.) в
максимально возможной мере удовлетворяют возможностям
выбранного СО, определяемым его ТТХ. Если такой выбор отсутствует, то
разрабатывается и производится новое СО, ТТХ которого
закладываются заведомо удовлетворяющими условиям эксплуатации, т.е.
множеству таких факторов, как:
- климатические (ветер, пыль, песок, осадки, туман, давление,
солнечная радиация, температура, грозовые явления, сезонные
явления и т.д.);
- биологические (растения, животные, насекомые, птицы);
- геологические (рельеф местности, тип и химический состав
грунта, водное пространство, сейсмообстановка);
- механические (вибрации, удары, ускорения);
- электромагнитные поля и излучения;
- акустические колебания;
- уровень радиоактивности;
- уровень освещенности и т.д.;
- режимы работы аппаратуры (интенсивность, временные
параметры);
- условия электропитания;
- уровень квалификации обслуживающего персонала и т.д.;
- стоимостные (разработки, изготовления, монтажа и наладки,
эксплуатации) и многое другое.
Исходя из тех или иных факторов, обуславливающих
применение СО, рассматривают (закладывают при разработке)
следующие основные ТТХ:
- характеристики зоны обнаружения;
- вероятность обнаружения с указанием модели нарушителя;
- наработку на ложное срабатывание;
- чувствительность СО;
- параметры входных и выходных сигналов;
- верхнюю и нижнюю границы скорости перемещения
нарушителя (объекта обнаружения);
- время готовности СО после включения напряжения питания;
- время восстановления дежурного режима после окончания
сигнала срабатывания;
- требования к параметрам электропитания;
- показатели надежности и ряд других.
75
Укрупненно в структуре технических средств охраны
выделяются три основных компонента:
- средства обнаружения;
- линии передачи сигнала тревоги;
- блоки индикации, регистрации и обработки полученного
сигнала (система сбора, обработки, отображения и документирования
информации).
Кроме того, существуют вспомогательные средства - блоки
резервного электропитания, переговорные устройства, прямая (без
набора) телефонная связь с ближайшим отделением милиции и т.д.
Существуют различные подходы и к классификации ТСО,
например, исходя из их структуры, назначения, физических принципов
действия входящих в него СО, типов и схем линий передачи
сигнальной информации и по ряду других характеристик. Например,
можно предложить классификацию, изображенную на рис. 1.13.
Технические средства
охранной сигнализации
^^
по назначению
по г
1
1ринципу
действия
. для контроля
внешнего периметра,
периферии
■ для контроля
внутренних помещений
- для контроля
отдельных предметов
(автомобиль и т.д.)
■ для контроля
площади
- системы контроля
доступа
• устройства
электронной защиты ценных
предметов от хищения
- системы обеспечения
личной безопасности
граждан
\
по линиям
сигнала
■ пассивные
инфракрасные
■ активные
инфракрасные
■ ультразвуковые
■ СВЧ
■ электронные с
проволочным
ограждением (на разрыв)
- с использованием
сигнального провода
■ наружного
наблюдения с помощью
теле- и видеотехники
- сейсмоакустические
- комбинированные
- на основе
персонального радиовызова
передачи
тревоги
- радиоканал
-
телефонный канал
— кабель,
скрученная
пара
—волоконно-
оптические
линии
Рис. 1.13. Пример классификации ТСО
Более определенно типы ТСО будут рассмотрены в
последующих главах. Отметим лишь, что при выборе СО следует
выяснять, каковы основные (главные) тактико-технические характеристи-
ки. Например, для особо важных объектов желательно, чтобы
вероятность обнаружения СО была близка к 0.98; наработка на ложное
срабатывание - к 2500 ч (для пассивных) и к 3500 ч (для активных).
Прикладные проблемы построения систем обеспечения
безопасности объектов. Основные направления деятельности
служб безопасности. Изложенный выше материал преследовал
цели формирования у читателей:
- общих представлений об охране и защите объектов;
- понимания необходимости системного подхода к решению
проблем защиты и охраны;
- знаний и понимания основ систематизации и классификации
объектов охраны, моделей нарушителей, технических средств
охраны, угроз информационной безопасности, т.е. всего того, что нужно
знать и понимать до того как приступать к созданию систем защиты
и охраны (безопасности) объектов.
Таким образом, поднявшись на определенную ступень в
понимании общих научных и инженерно-технических задач, стоящих в
области охранной деятельности, для конкретизации знаний
рассмотрим основные прикладные проблемы построения систем
защиты и охраны. Список литературы подобран таким образом, чтобы
наряду с общетеоретическими знаниями возможно полнее
представить читателю способы и методы решения именно прикладных
проблем построения систем защиты и охраны (см. например [1, 8, 9, 11,
19,73, 119, 130, 196,197]).
В основе системы защиты объекта лежит принцип создания
последовательных рубежей, в которых угрозы должны быть
своевременно обнаружены, а их распространению должны
препятствовать надежные преграды. Такие рубежи (или зоны безопасности)
должны располагаться последовательно - от забора вокруг
территории объекта до главного, особо важного помещения, такого как
хранилище ценностей и информации, взрывоопасных материалов,
оружия и т.д. (рис. 1.14).
Чем сложнее и надежнее защита каждой зоны безопасности,
тем больше времени потребуется злоумышленнику на ее
преодоление и тем больше вероятность того, что расположенные в зонах
средства обнаружения угроз подадут сигнал тревоги, а
следовательно, у сотрудников охраны останется больше времени для
определения причин тревоги и организации эффективного отражения
и ликвидации угрозы.
Основу планировки и оборудования зон безопасности
составляет принцип равнопрочности их границ. Действительно, если при
оборудовании зоны 2 (периметр здания) на одном из окон 1-го этажа
77_
не будет металлической решетки или ее конструкция ненадежна, то
прочность и надежность других решеток окон этого этажа не имеют
никакого значения - зона будет достаточно легко и быстро
преодолена злоумышленниками через незащищенное (или слабо
защищенное) окно.
Следовательно, границы зон безопасности не должны иметь
незащищенных участков.
Обобщенную схему системы охраны и защиты объекта
(офиса, банка, склада и т.д.) можно представить в виде рис. 1.15.
Очевидно, эта схема неполная, так как отсутствуют, например, средства
защиты от ДТС. В случае необходимости использования
дополнительных средств защиты схема 1.15 должна быть расширена.
Зона 1 Периметр территории
Территория объекта
Зона 2 Периметр здания
Здание объекта
Зона 3 Прием посетителей
Представительские помещения
■ Зона 4 Служебные помещения
Кабинеты сотрудников объекта
Зона 5
Особо важные помещения
Кабинеты руководства,
комнаты переговоров
Г
Зона 6 ~
Хранилище ценностей, сейфы,
компьютерный банк данных
Рис. 1.14. Расположение зон безопасности
Кроме средств обнаружения, отражения и ликвидации в
систему охраны и защиты входит и специальная защита. К ней
относятся все мероприятия и техника борьбы со съемом информации.
Несмотря на то, что составными элементами специальной защиты так-
78
же являются средства обнаружения, отражения и ликвидации угроз
съема информации, эту часть системы защиты необходимо
выделить отдельно. Специфика и продолжительность подготовки
специалистов по защите от съема информации, конфиденциальность и
своеобразие их деятельности требуют выделения ее в отдельное
направление, которое целесообразнее всего назвать специальной
защитой. Всякая информация о структуре, способах и методах
организации специальной защиты должна быть строго засекречена.
Система охраны и
защиты объектов
Система
охраны
I Система защиты
информации
L
Группа
охраны
Технические
средства охраны
Средства и методы
защиты информации
Дежурные
охранники
Досты охраны
Сторожевые
собаки
Тревожная
группа
Группа
доставки
ценностей
Пожарная
сигнализация
Охранная
сигнализация
Тревожное
оповещение и управление
эвакуацией
Охранное
телевидение
охранное
освещение
Проверка почтовой
корреспонденции
Радиосвязь
Прямая внутренняя
телефонная связь
Прямая
телефонная связь с
милицией
Средства
отражения и
ликвидации
Средства
пожаротушения,
огнестойкие материалы
Оружие
Средства
индивидуальной
защиты
Газовые ловушки
автотранспорт
Инженерно-технические средства:
ограждение
периметра зоны
безопасности;
планировка
помещений, конструкции
здания
Барьеры:
посты охраны,
входные тамбуры,
двери, решетки,
ставни, замки и др.
Поиск техники
подслушивания
и наблюдения
Защита
помещений для
переговоров
Защита техники
обработки
информации
Защита каналов
передачи
информации
Защита
устройств
электроники и
связи
Рис. 1.15. Обобщенная схема системы охраны и защиты объекта
7!Э
Важной составной частью системы защиты является персонал
службы охраны или службы безопасности. Основной задачей этой
службы является поддержание в постоянной работоспособности
всей системы защиты.
Следует подчеркнуть, что явное большинство современных
средств охраны и защиты представляют собой устройства,
работающие на принципах электротехники, электроники и электросвязи.
Основу системы защиты составляют технические средства
обнаружения, отражения и ликвидации. Охранная сигнализация и
охранное телевидение, например, относятся к средствам обнаружения
угроз. Заборы и ограждения вокруг территории объекта - это
средства отражения несанкционированного проникновения на
территорию; усиленные двери, стены и потолки сейфовой комнаты
защищают от стихийных бедствий и аварий, а кроме того, в определенной
мере служат защитой и от подслушивания и вторжения.
Функции ликвидации угроз осуществляют, например, система
•автоматического пожаротушения (для ликвидации пожара) и
тревожная группа службы охраны (служба безопасности), которая
должна задержать и обезвредить злоумышленника, проникшего на
объект.
Если возникает необходимость создать систему защиты и
выбрать оптимальные с точки зрения затрат технические средства, то
удобнее разделить их на основные и дополнительные средства
защиты. К основным следует отнести пожарную и охранную
сигнализацию, охранное телевидение, охранное освещение, инженерно-
техническую защиту.
В последнее время (в связи с ростом случаев экстремизма и
террористических актов) одним из важных направлений защиты
становится проверка поступающей на объект корреспонденции на
наличие взрывчатых веществ. Следует также проверять и заезжающие
на территорию объекта автомашины персонала и посетителей.
В связи с этим рекомендуется данный вид защиты отнести к
основным.
Специальные средства защиты предназначены для
обеспечения безопасности охраняемого объекта от различных видов
несанкционированного съема информации и могут использоваться в
следующих направлениях:
- для поиска техники съема информации, устанавливаемой
в помещениях, технических средствах и автомашинах;
- для защиты помещений при ведении переговоров и важных
деловых совещаний, технических средств обработки информации,
таких как пишущие машинки, копировальные аппараты и
компьютеры, а также соответствующих коммуникаций.
80
Дополнительные средства защиты способствуют более
оперативному обнаружению угроз, повышают эффективность их
отражения и ликвидации. К дополнительным средствам защиты можно
отнести:
- внутреннюю и прямую телефонную связь на объекте;
- прямую (без набора) телефонную связь с ближайшим
отделением милиции;
- радиосвязь между сотрудниками охраны с помощью
переносных малогабаритных радиостанций (переговорных устройств).
Такой вид связи может использоваться не только сотрудниками
охраны, но и персоналом крупных офисов, магазинов и банков;
- систему оповещения, которая состоит из сети звонков и
громкоговорителей, устанавливаемых на всех участках объекта для
оповещения условными сигналами и фразами о каких-либо видах
угроз. Иногда оповещение дополняется сигнальной радиосвязью,
малогабаритные приемники которой имеет весь персонал объекта.
Радиосообщения от центрального поста охраны объекта поступают
на эти радиоприемники, которые передают владельцу тональные
сигналы или короткие буквенно-цифровые сообщения на небольшое
табло радиоприемника (пейджер).
Ассортимент дополнительных средств, так же как и основных,
достаточно велик, он постоянно совершенствуется и пополняется за
счет появления новой техники. Так. в крупных магазинах
используются электронные ценники на дорогие товары, которые при выносе
из магазина дают сигнал тревоги, если товар не оплачен и продавец
не "выключил" ценник.
Основным средством обнаружения являются системы
сигнализации, которые должны зафиксировать приближение или начало
самых разнообразных видов угроз - от пожара и аварий до попыток
проникновения на объект, в компьютерную сеть или сети связи.
Обязательной является пожарная сигнализация, которая
представляет собой более разветвленную, чем другие виды сигнализаций,
систему и обычно охватывает почти все помещения здания.
Пожарная и охранная сигнализации по своему построению и
применяемой аппаратуре имеют много общего - каналы связи,
прием и обработка информации, подача тревожных сигналов и др. По
этой причине в современных системах защиты эти типы
сигнализационных средств иногда объединяются в единую систему охранно-
пожарной (ОП) сигнализации. Важнейшими элементами ОП
сигнализации являются датчики; характеристики датчиков определяют
основные параметры всей системы сигнализации.
Контроль и управление ОП сигнализацией осуществляются с
центрального поста охраны, на котором устанавливается соответст-
вующая стационарная аппаратура. Состав и характеристики этой
аппаратуры зависят от важности объекта, сложности и разветвлен-
ности системы сигнализации.
В простейшем случае контроль за работой ОП сигнализации
состоит из включения и выключения датчиков, фиксации сигналов
тревоги. В сложных, разветвленных системах сигнализации контроль
и управление обеспечиваются с помощью компьютеров. При этом
становится возможным:
- управление и контроль за состоянием как всей системы ОП
сигнализации, так и каждого датчика (включен-выключен, тревога,
выход из строя, сбой в канале связи, попытки вскрытия датчиков или
канала связи);
- анализ сигналов тревоги от различных датчиков;
- проверка работоспособности всех узлов системы;
- запись сигналов тревоги;
- взаимодействие работы сигнализации с другими
техническими средствами защиты (охранным телевидением, охранным
освещением, системой пожаротушения и т.п.).
Критерием эффективности и совершенства аппаратуры ОП
сигнализации является сведение к минимуму числа ошибок и
ложных срабатываний.
Другим важным элементом ОП сигнализации является
тревожное оповещение, которое в зависимости от конкретных условий
должно передавать информацию с помощью звуковых, оптических
или речевых сигналов (или их комбинации). Тревожное оповещение
имеет ручное, полуавтоматическое или автоматическое управление.
Следует иметь в виду, что тревожное оповещение о
возникновении пожара или других чрезвычайных обстоятельств должно
существенно отличаться от оповещения охранной сигнализации. При
обнаружении угроз чрезвычайных обстоятельств система
оповещения должна обеспечить также управление эвакуацией людей из
помещений и зданий.
Во многих случаях тревожное оповещение является
управлением для других средств системы защиты. При возникновении
пожара и его обнаружении, например, по сигналу тревоги приводятся в
действие такие средства ликвидации угроз как автоматическое
пожаротушение, система дымоудаления и вентиляции. При
обнаружении несанкционированного прохода в особо важные помещения
может сработать система автоматической блокировки дверей и т.п.
Каналами связи в системе ОП сигнализации могут быть
специально проложенные проводные линии, телефонные линии
объекта, телеграфные линии и радиоканалы. Наиболее
распространенными каналами связи являются многожильные экранированные ка-
82
бели, которые для повышения надежности и безопасности работы
сигнализации помещают в металлические или пластмассовые
трубы, металлорукава.
Энергоснабжение системы охранной сигнализации
обязательно резервируется.
Исходя из изложенного, основными направлениями
деятельности СБ (О) по обеспечению комплексной безопасности (в части,не
касающейся пожарной безопасности) являются:
- инженерная и техническая защита территорий, зданий и
помещений;
- организация контроля доступа сотрудников и
командированных (посетителей);
- организация охраны особо важных помещений (жизненно
важных центров);
- создание систем охранной сигнализации и телевизионного
наблюдения;
- разработка рекомендаций по режиму охраны объектов и
выработка предложений по работе СБ (О);
- защита объектов от угроз утечки информации, создание
защищенных зон;
- контроль проноса технических средств в особо важные
помещения (жизненно важные центры);
- выявление закладных средств подслушивания и
видеонаблюдения в помещениях;
- проверка технических устройств обработки информации на
наличие каналов утечки и разработка рекомендаций по их защите;
- организация непрерывного технического контроля опасных
сигналов в каналах утечки;
- защита объектов от применения диверсионно-
террористических средств;
- обеспечение безопасности автоматизированных систем
обработки информации от несанкционированного доступа (НСД),
несанкционированного копирования (НСК), вирусной диверсии и других
угроз;
- обеспечение применения специальных технических средств
контроля особо важных помещений;
- организация контроля телефонных переговоров с их
регистрацией.
Создание надежной системы защиты 00 от ДТА предполагает
реализацию определенного типового порядка при проведении
специальных работ, как то:
- анализ объекта и условий его расположения;
- рассмотрение возможных угроз воздействия на объект;
- специальный анализ ситуации для строящихся и
реконструируемых объектов;
- разработка концепции безопасности от всех видов
негативных воздействий;
- выработка предложений по техническому оснащению
средствами безопасности на основе разработанной концепции и
разработка проекта на оборудование инженерно-техническими и
специальными средствами;
- приобретение и монтаж специальных технических средств
и комплексов (в соответствии с разработанным проектом);
- обучение персонала приемам и способам использования
специальных технических средств, постоянный контроль за
эксплуатацией поставленных средств.
Ряд из изложенных в разд. 1.2 блоков задач может быть
реализован на основе определенной типизации, исходя (опять-таки) из
анализа параметров, характеризующих объект, условий его
функционирования, потенциальных угроз, объема и свойств имеющихся
(хранимых) энергоемких материалов и т.д. В каждом случае должна
быть осуществлена классификация по структуре, качеству и
свойствам применяемых технических средств защиты. Таким путем
конкретизируется вопрос разработки рациональных схем защиты по
каждому блоку задач на основе выбора конкретных технических средств
из предлагаемых на рынке.
Приведем пример. Для решения задач оборудования
периметра какого-либо объекта техническими средствами охранной
сигнализации предварительно следует знать ответы на вопросы:
1. Какова протяженность периметра.
2. Вид имеющегося заграждения (его параметры, материал).
3. Количество имеющихся ворот, калиток, их размеры,
материал.
4. Ближайшее расстояние от охраняемого рубежа до
помещения охраны, до ближайшего к периметру здания.
5. Наличие закладных (трубы, кабели).
6. Размер зоны отчуждения внутри периметра, наличие кустов
и/или деревьев в зоне отчуждения.
7. Необходимость скрытности средств обнаружения (или
отсутствие такой необходимости).
8. Требуемая точность обнаружения нарушителя на контуре
периметра (3 м, 10 м,...).
9. Требуемое количество рубежей охраны (периметр, подходы
к зданиям), режимы охраны: круглосуточный, по мере
необходимости, N-часовой.
j$4
10. Необходимость блокирования: перелаза через ограждения,
разрушения ограждения, подкопа под ограждения.
Примечание. Здесь рассматривается лишь модель физического
проникновения. Если же требуется информационная защита - задача
охраны многократно усложняется.
11. Наличие в настоящее время (т.е. на момент
предварительного анализа объекта охраны) каких-либо средств обнаружения,
станционной аппаратуры в помещении службы охраны - системы
сбора и обработки информации.
12. Какие затраты может позволить себе Заказчик на решение
задач оборудования объекта (в частности периметра) техническими
средствами охранной сигнализации и системой сбора и обработки
информации.
13. В какие сроки требуется проведение такой работы.
14. Необходимы план объекта (эскиз), параметры по высоте
зданий.
Примечания.
1. Следует описать пожелания службы охраны (реальные с позиций
затрат) для выбора ТСОС и ССОИ.
2. Уровень полноты решения задач 7,8,9,10 существенно влияет на
размеры затрат.
Приведенный перечень вопросов - минимально необходимый
с позиций предварительного анализа, но далеко не полный с
позиций системного подхода.
Объективная необходимость построения высоко-эффективных
систем безопасности объектов в условиях резкого обострения
криминогенной обстановки привела к разработке наукоемких
интегрированных систем безопасности (ИСБ). ИСБ по существу нацелена на
реализацию идей системной концепции обеспечения комплексной
безопасности объекта с параллельным (интегрированным с
задачами обеспечения безопасности) решением задач автоматизации
управления широкой гаммой систем жизнеобеспечения объекта, как
то: энергоснабжением, вентиляцией, отоплением, водоснабжением,
лифтовым оборудованием, кондиционированием и т.д.
Среди функций, обязательных для исполнения в контуре ИСБ,
следует считать:
- контроль за большим количеством помещений с созданием
нескольких рубежей защиты (ИСБ разрабатывается только для
больших объектов и зданий);
- иерархический доступ сотрудников и посетителей в
помещения с четким разграничением полномочий по праву доступа в
помещения по времени суток и по дням недели;
85
- идентификацию и аутентификацию личности человека,
пересекающего рубеж контроля;
- предупреждение утечки информации;
- предупреждение попадания на объект запрещенных
материалов и оборудования;
- накопление документальных материалов для использования
их при рассмотрении и анализе происшествий;
- оперативный (автоматизированный) инструктаж работников
охраны о порядке действий в различных штатных и нештатных
ситуациях путем автоматического вывода на экран монитора
инструкций в нужный момент;
- обеспечение полной интеграции систем видеонаблюдения,
сигнализации, мониторинга доступа, оповещения, связи между
персоналом СБ (О), персоналом службы пожарной безопасности,
персоналом служб жизнеобеспечения объекта и т.д.;
- обеспечение взаимодействия постов охраны и органов
правопорядка при несении охраны и в случае происшествий;
- слежение за точным исполнением персоналом охраны своих
служебных обязанностей.
Исходя из изложенного ранее ясно, что составными частями
ИСБ (укрупненно) должны быть:
- сеть датчиков, обеспечивающих получение максимально
полной информации со всего пространства, находящегося в поле
зрения службы безопасности и позволяющая воссоздавать на
центральном пульте наблюдения и управления всестороннюю
объективную картину состояния помещений, всей территории объекта и
работоспособности всей аппаратуры и оборудования, включенного
в контур ИСБ;
- исполнительные устройства, способные при необходимости
действовать автоматически или по команде оператора;
- пункты контроля и управления системой отображения
информации, через которые операторы могут следить за работой всей
системы в пределах своих полномочий;
- ССОИ, наглядно представляющая информацию с датчиков
и накапливающая ее для последующей обработки;
- коммуникации, по которым осуществляется обмен
информацией между элементами системы и операторами.
При этом важно наличие возможности оперативного
программирования (перепрограммирования) функций ИСБ. Это позволяет
противодействовать эффективно таким ухищрениям злоумышленника как:
- прерывание каналов передачи тревоги;
- нейтрализация части системы людьми, имеющими доступ
к ее элементам;
86
- проникновение с сигналом тревоги и уничтожение затем
информации о происшествии (сговор);
- использование отклонений от предписанного порядка
несения службы персоналом охраны;
- создание нештатных ситуаций в работе системы и ряду других.
Выводы
Основные результаты, положения, рекомендации и
предложения, сформулированные в обобщенной системной концепции
применения инженерно-технических, специальных и программно-
аппаратных средств защиты объектов охраны, сводятся к
следующему:
1. В основу разработки "Системной концепции..." и
соответствующих конкретных предложений по обеспечению безопасности ОО
должны быть положены категория важности объекта и "модель
нарушителя". Уровень реализации разработанных предложений с
течением времени может меняться в зависимости от изменения
"модели нарушителя".
2. Минимизация вероятности физического проникновения
нарушителей в охраняемые помещения обеспечивается реализацией
принципа создания последовательных рубежей охраны (зон
безопасности).
3. Современная система обеспечения безопасности
учреждений представляет собой сложную многофункциональную
интегрированную структуру, основанную на реализации комплекса
взаимосвязанных мероприятий по организации физической, инженерной,
технической и специальной защиты.
4. При разработке проекта по оборудованию объекта
(периметра, зданий и помещений) сигнализационными средствами
охраны следует строго придерживаться концепции зон безопасности,
требований и правил системной защиты.
5. Подбор технических средств охраны и определение
методов и способов их применения являются наиболее важными
составными частями организационно-технических мер по реализации
системы безопасности ОО.
6. Системное решение проблем защиты ОО невозможно без
реализации комплексов мероприятий по борьбе с утечкой
информации. Многообразие каналов утечки информации диктует
специфические требования по применению технических средств, способам
организации защиты и выдвигает для особо важных объектов жесткие
требования по строгому и тщательному контролю деятельности
сотрудников, состояния и условий применения ими всей гаммы
технических средств (телефон, телефакс, радиосвязь, ПЭВМ,
почтовая связь и т.д.).
7. Одной из основных проблем (задач) системы охраны
является защита объекта от использования против него диверсионно-
террористических средств (ДТС). Нарушение системности и
недостаточно качественное решение этих задач может привести к
колоссальному материальному и моральному ущербам, а возможно и к
человеческим жертвам в случае успешного применения ДТС
противником (злоумышленником).
8. Защита от ДТС основана на комплексном использовании
специальных технических средств и организационных мероприятий,
предотвращающих несанкционированный пронос (или доставку) ДТС
в помещения учреждения. Специальные технические средства
обеспечивают своевременное обнаружение ДТС и, как следствие,
безопасную работу обслуживающего персонала.
9. Эффективная защита от ДТС может быть обеспечена
созданием спедующих постов контроля:
- стационарного поста контроля людей на наличие ДТС под
одеждой и в ручной клади;
- подвижного поста контроля предметов, обнаруженных в
помещениях учреждения и на прилегающей территории,
подозрительных на наличие взрывных устройств;
- поста контроля приходящих грузов;
- поста контроля входящей почтовой корреспонденции.
10. Защита информации, обрабатываемой на ЭВМ или
хранимой в автоматизированных базах данных, является актуальной и
многогранной задачей и требует для своего решения значительных
затрат и высокого профессионализма.
11. Системная концепция по обеспечению комплексной
безопасности 00 и соответствующие предложения в методологическом
отношении изложены как система современных знаний, положения
которой следует строго соблюдать при разработке конкретного
проекта оснащения конкретного 00 сигнализационными и иными
техническими средствами. Ненадлежащее выполнение требований и
рекомендаций "Системной концепции..." может привести к нарушению
полноты и связей между элементами комплексной системы
безопасности учреждения и, как следствие, к уязвимости системы его
охраны в местах, где нарушены свойства полноты, связности и
непротиворечивости (т.е. системного подхода).
88
Контрольные вопросы к гл. 1
1. Каковы исходные положения для разработки системной концепции
обеспечения безопасности объектов охраны?
2. Назовите обобщенный состав комплекса технических средств
обеспечения безопасности объекта охраны. От чего зависит выбор
структуры и состава КТСО применительно к конкретному объекту?
3. Назовите типы моделей нарушителей, сформулируйте их
отличительные признаки.
4. Каковы особенности стартовых позиций нарушителя, как они
влияют на вероятность обнаружения?
5. Нарисуйте и прокомментируйте структурную схему передачи
информации о наличии нарушителя.
6. Перечислите, какие факторы следует учитывать при разработке
проекта оборудования объекта охраны техническими средствами охраны.
7. Назовите типы ССОИ в зависимости от их устойчивости к обходу,
сформулируйте их отличительные признаки.
8. В чем суть системного подхода к разработке концепции
обеспечения безопасности объекта охраны?
9. Решение каких блоков задач предполагает "Системная концепция
обеспечения комплексной безопасности 00"?
10. Какие задачи следует решать для обеспечения безопасности от
физического проникновения нарушителя на территорию и в помещения 00?
11. В чем смысл информационной безопасности, какие задачи
следует решать для ее обеспечения?
12. Нарисуйте и прокомментируйте укрупненную структурную схему
системы обеспечения безопасности 00.
13. Перечислите общие и специальные задачи защиты 00.
14. Что такое "модель" нарушителя, какие типы "моделей"
нарушителей рассматриваются?
15. Каковы главные признаки, определяющие выбор уровня защиты 00?
16. Назовите категории объектов охраны.
17. Перечислите возможные виды угроз безопасности 00.
18. Каковы возможные пути (способы) получения нарушителем
информации об 00?
19. Назовите вероятные пути проникновения нарушителя на 00.
20. Расскажите о классификации нарушителей, исходя из их
"моделей" и способов реализации угроз безопасности.
21. По каким признакам классифицируют угрозы информационной
безопасности 00?
22. Что такое ТСО, каковы основные подходы к их классификации?
Приведите пример их классификации.
23. Что такое ЧЭ, каковы основные подходы к их классификации?
Приведите пример их классификации.
24. Что такое СО, каковы основные подходы к их классификации?
Приведите пример их классификации.
25. Каковы факторы внешней среды, влияющие на выбор тактико-
технических характеристик СО?
26. Нарисуйте и прокомментируйте структурную схему АСО.
27. Нарисуйте и прокомментируйте варианты структурных схем
построения ТСОС.
28. Назовите и прокомментируйте основные направления
деятельности служб безопасности (охраны).
29. Нарисуйте и прокомментируйте обобщенную схему системы
охраны и защиты 00.
30. Что такое ИСБ? Назовите основные функции, решаемые в
контуре ИСБ.
Глава 2
СИСТЕМЫ СБОРА, ОБРАБОТКИ, ОТОБРАЖЕНИЯ
И ДОКУМЕНТИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ
2.1. Введение. ССОИ - аппаратно-программная система
обеспечения взаимодействия человека с КТСО
Из истории создания и развития технических устройств для
охраны, в современной терминологии -технических средств охраны
(ТСО), известно, что они основывались на применении законов
механики. Наиболее часто использовались разного вида и сложности
капканы, ловушки, путанка, самострелы и т.п., предназначенные для
захвата или уничтожения злоумышленника (видимо, в те времена
законы позволяли применение жестких мер при защите
собственности). Часто средства сигнализации представляли собой устройства,
производящие звуки (например, гонг) при срабатывании механизма
обнаружения (например, рычаг, связанный с утопляемой ступенью
лестницы). Из-за сложности передачи тревожных сигналов от
устройств до сторожей сигнализаторы устанавливались в основном
вблизи самих устройств. Но в некоторых случаях разрабатывались
системы и с сигнализаторами, удаленными от самого устройства
(есть примеры, когда устройство обнаружения по натянутому в
полой стене проводу или прочной нити передавало механический
импульс на исполнительный механизм (гонг) в комнате охраны).
Открытие электричества и в дальнейшем появление
электронных приборов дало мощный толчок в развитии технических средств
охраны.
Примером простейшей электронной системы охраны может
служить сигнализация, применявшаяся в недалеком прошлом (а
зачастую применяемая во многих регионах нашей страны и в
настоящее время) для защиты магазинов. Широко применяются устройства
обнаружения угроз проникновения нарушителя (по принятой
терминологии - СО), например: магнитоуправляемый контакт (геркон) на
дверях (раньше использовались контакторы и кнопки), датчики
разбития стекла на окнах, детекторы возгорания и устройства
сигнализации, как то: сирена, звонок громкого боя и лампа, которая должна
мигать при тревоге и т.д. Такие системы рассчитаны на испуг
преступников быть пойманными, на привлечение внимания службы
охраны (если таковая имеется) и на сознательность граждан, которые,
услышав звуки сирены или звонка, должны вызвать милицию.
Однако ясно, что для повышения эффективности защиты объекта охраны
необходимо наличие средств передачи сигналов охранной
сигнализации до служб безопасности (милиции, полиции, караула и т.п.), ибо
свидетелей может и не быть, или они смогут проявить равнодушие
или боязнь.
Другой пример. Охраняется крупное здание и прилегающая
территория. Сработало СО, отвечающее за определенный кабинет
(участок территории), и звенит звонок. Охранникам для начала надо
среагировать на этот сигнал (звук сигнализации должен быть
достаточно громким, чтобы его можно было услышать в караульном
помещении), а затем, ориентируясь по звуку, найти охраняемое
помещение (участок территории), которое подверглось нападению.
Практика показывает, что при охране больших зданий и плотно
застроенных территорий охране будет трудно найти быстро место (участок),
где произошло нарушение, вызвавшее сигнал тревоги.
Поэтому очевидно, что и в этом случае необходимо
осуществлять передачу тревожных сигналов в определенные помещения, где
находится служба охраны. Причем, сигнализатор должен позволять
достаточно точно указывать место проникновения нарушителя. Таким
образом, существует объективная необходимость в наличии системы,
позволяющей осуществлять оперативно процессы сбора, передачи,
обработки, отображения и документирования информации
(сокращенно ССОИ, полное определение см. в разд. 1.5). Эта система
должна обеспечивать передачу сигналов от средств обнаружения до
караульного помещения (оператору ССОИ), распознавание сигналов
тревоги и вывод тревожной информации в форме, доступной для
восприятия человеком. Часто бывает необходимым и
документирование оперативной информации для последующего изучения и контроля
за действиями персонала службы безопасности.
На начальных этапах ССОИ строились по принципу "каждый с
каждым", т.е. каждому СО соответствовала своя линия связи и свой
сигнализатор - канал сигнализации. Такая схема построения
накладывала ограничения на количество каналов сигнализации и
количество охраняемых объектов. Учитывая эти недостатки, стали
разрабатывать системы с другой структурой построения (кольцевые,
шлейфовые и т.д.) и новые методы передачи информации
(использование телефонных линий, радиолинии, в последнее время -
оптоволоконные линии и т.п.) с целью построения систем с большим
количеством СО (систем большой емкости).
При этом оказалось, что без контроля работоспособности СО,
линий связи, средств отображения и т.п. эффективное
использование системы сигнализации вызывало много трудностей. Первона-
_92
чально проверка совершалась людьми путем периодического
технического осмотра аппаратуры. Однако для нормальной работы
системы требуется постоянный контроль всех частей системы
сигнализации и оперативное информирование службы охраны о
неисправностях. Громоздкая элементная база (особенно электронные лампы)
не позволяли создавать малогабаритную, дешевую и энергетически
малопотребляемую систему контроля. По мере развития
электроники и появления все более удобных и надежных приборов появилась
возможность разрабатывать и реализовывать схемы контроля за
состоянием компонентов самих ССОИ.
Параллельно с развитием техники передачи и отображения
шло развитие СО. Стали появляться датчики, основанные на
различных принципах работы (радиоволновые, радиолучевые,
магнитометрические, механические и др., см. рис. 1.11). Для их работы
требуется электропитание, которое может осуществляться с
помощью'индивидуального источника питания, централизованной подачи
электропитания или смешанного варианта обеспечения
электропитания. При централизованном и смешанном электропитании на
ССОИ накладывается функция обеспечения электропитанием СО.
ССОИ должно также обеспечивать электропитание устройств
отображения и контроля.
С появлением электровакуумных приборов появилась
возможность создавать более удобные средства отображения (более
эргономичные), чем лампочки, звонки и т.п., например, электронное
табло, на которое стала выводиться информация о режимах и
состояниях каналов сигнализации, техническом состоянии СО и частей
ССОИ по команде оператора и др. Появилась возможность
использовать одно и то же средство отображения для вывода разной
информации в зависимости от требований оператора. С появлением
полупроводниковых приборов проблема создания таких средств
отображения (табло) значительно упростилась.
Важным этапом в развитии ССОИ было появление
запоминающих устройств. Первоначально это были магнитофоны с
магнитной пленкой, намагниченной проволокой и т.п. Такие устройства
были громоздки, неудобны в обращении и ненадежны. В дальнейшем
мощным толчком в развитии послужило появление
полупроводниковых запоминающих устройств. Были созданы оперативные
запоминающие устройства (ОЗУ), которые позволяли хранить информацию
в течение определенного (длительного) времени и выводить ее на
табло в нужное время.
Параллельно с развитием запоминающих устройств шло
развитие средств документирования. Были созданы разного рода циф-
ропечатающие устройства, которые распечатывали оперативные
сообщения или, в случае совместной работы с ОЗУ, информацию,
содержащуюся в ОЗУ.
Как уже было сказано, первоначально ССОИ создавались для
передачи тревожных сигналов с СО и информировании об этом
дежурного оператора. Функция управления при этом заключалась
только в установке СО в режим охраны и выключении его. Это
осуществлялось замыканием/размыканием цепей "СО - сигнализатор". С
появлением новых функций увеличивалось количество действий со
стороны оператора, т.е. все больше возрастала роль управления в работе
ССОИ. Например, при появлении СО, требующих энергообеспечения
для постановки их в режим "охрана" и выключения (при
централизованном электропитании), потребовалось управлять подачей рабочего
напряжения на включаемые СО. Затем к управлению добавилось
обеспечение проверки работоспособности СО, каналов связи,
управление режимами работы средств отображения, обработка
сохраненной информации в ОЗУ, документирование информации, управление
системами телевизионного наблюдения и т.д.
Очень важным событием стало появление микроЭВМ и
микроконтроллеров. Микроконтроллеры позволили значительно упростить
создание схем обработки информации с СО, элементов,
контролирующих состояние системы, устройств ввода команд оператора
(клавиатуры), производить шифрацию/дешифрацию информации
для устройств ввода/вывода (клавиатура, индикаторы, индикаторное
табло, цифропечатающее устройство и т.п.) за счет разработки
специального программного обеспечения. Это, в конечном итоге,
заметно снизило габариты, стоимость и увеличило унифицированность
систем (для каждого конкретного случая могли вноситься
необходимые корректировки в ПО, что легче и дешевле переделки
принципиальных схем узлов ССОИ). Структура ССОИ в общем виде может
быть представлена рис. 2.1.
Появление микроконтроллеров позволило создавать системы
с возможностью обмена информацией с другими охранными
системами и создание интегрированных систем безопасности. Как
изложено в разд. 1.5 (см. также рис. 1.15), под интегрированной системой
безопасности подразумевается система, в которой объединены
охранные системы разного назначения, например, система контроля
доступа (турникеты, устройства, сканирующие отпечатки пальцев,
узоры сетчатки глаза и т.п.), системы телевизионного наблюдения,
системы охраны периметра и помещений от проникновения,
противопожарная сигнализация и т.п. Появился модульный принцип
построения систем, при котором изменение количества каналов
сигнализации, подключение других систем сигнализации (т.е. создание
интегрированных систем безопасности) производится посредством
94
С01
С02
СОЗ
СОЛ/
Устройство
отображения
Устройство
управления
Пульт
оператора
Устройство контроля
состояния канала
сигнализации и защиты
линии связи
(грозозащита)
_L
Решающее
устройство
ОЗУ
Аппаратура
электропитания
Станционная
аппаратура
Выносные
табло
Выносные
сигнализаторы
Принтер
Периферийная
аппаратура
Рис. 2.1. Обобщенная структурная схема построения ССОИ
подключения специальных модулей. Этими модулями могут быть
концентраторы для подключения к одному каналу сигнализации
нескольких СО, устройства преобразования информации
(поступающей со стандартной и нестандартной охранной техники и других
ССОИ) в формат данных, принятый в эксплуатируемой системе.
Появление персональных компьютеров открыло практически
сколь угодно широкие возможности для разработчиков систем
безопасности. Такие процессы как обработка, отображение, хранение и
документирование информации, обмен информацией с другими
системами, возможность создания интегрированных систем
безопасности и т.д. получили новый качественный уровень развития.
Разработка многих способов отображения вплоть до создания трехмерной
графической модели охраняемого объекта, на которой отображены
все СО, режимы их работы и состояние, открыли возможность на-
95
глядного изображения места проникновения нарушителя и
направления его движения.
Объемы сохраняемой информации и способы ее обработки
(необходимые для отчетов и специальных статистических
исследований) позволяют создавать автоматизированные базы данных.
Управление КТСО осуществляется с помощью клавиатуры,
манипулятора "мышь", сенсорных экранов. Расширились возможности
создания как более унифицированных, так и более универсальных
интегрированных систем охраны разнообразных объектов.
В настоящее время существуют разнообразные системы
сбора и обработки информации. ССОИ различаются по многим
признакам, начиная с назначения, зависящего от степени важности
объекта, и заканчивая применяемой элементной базой, на основе которой
построены ее компоненты. Чтобы уверенно ориентироваться в
существующих и вновь разрабатываемых системах, понимать и
учитывать их достоинства и недостатки, надо знать:
- классификацию ССОИ (основные признаки классификации);
- основные тактико-технические характеристики ССОИ (их
сравнительный качественный анализ);
- основные функции ССОИ (их важность и сравнительный
анализ методов их исполнения);
- варианты структурного построения ССОИ, их достоинства и
недостатки;
- методы обработки информации в ССОИ (их сравнительные
характеристики).
Перечисленные вопросы будут изложены ниже в возможно
доступной форме.
2.2. Вопросы классификации ССОИ
Для классификации ССОИ могут быть применены различные
подходы. Например, ССОИ могут классифицироваться (рис. 2.2.) по
следующим укрупненным признакам:
- назначение;
- структура построения;
- энергообеспечение;
- степень защиты линии сигнализации от обхода;
- обеспечение контроля работоспособности аппаратуры;
- методы отображения информации;
- обеспечение регистрации информации;
- возможность управления внешними устройствами;
96
- обеспечение возможности информационного обмена с
другими системами (системами контроля доступа, системами
телевизионного наблюдения и т.п.) с помощью стандартных интерфейсов.
Рассмотрим кратко классификацию ССОИ по названным
признакам.
По назначению. Назначение ССОИ определяется главным
образом оперативно-тактическими задачами системы охраны, в
которой она применяется.
В зависимости от назначения ССОИ характеризуются
следующими признаками (рис. 2.3).
Область применения. ССОИ могут быть предназначены для
охраны народнохозяйственных объектов (нережимных) или объектов
специального назначения (особо важных, особо режимных,
режимных, см. разд. 1.3).
Назначение
Обеспечение
возможности
информационного обмена
с другими
системами (СКУД,
системами телевизионного
наблюдения и т.д.)
с помощью
стандартных
интерфейсов
обеспечение
Методы
отображения
информации
Обеспечение
регистрации
информации
Структура
построения
Защита линии
сигнализации
от обхода
Обеспечение
контроля
работоспособности
аппаратуры
Возможность
управления
внешними устройствами
Рис. 2.2. Укрупненные признаки классификации ССОИ
97
Область
применения
Камуфлирование
Условия
окружающей
среды
Мобильность
Некамуф-
лируемые
Камуфлируемые
Объекты
народнохозяйственного назначения
(нережимные)
7_
Стационарные
Мобильные
Объекты специального
назначения (режимные,
особо режимные, особо
важные)
Для работы
на открытом
воздухе
Для работы в
неотапливаемых
помещениях
Для работы
в отапливаемых
помещениях
Рис. 2.3. Классификация ССОИ по назначению
Камуфлирование. ССОИ делятся на некамуфлируемые
(стационарная пультовая аппаратура) и камуфлируемые (например, под
технические средства бытового назначения).
Условия окружающей среды. В связи с многообразием и
сложностью учета различных факторов, характеризующих воздействие
внешней среды (климатические условия, уровень электромагнитных,
акустических, вибрационных и других помех, характеристики флоры
и фауны и т.д.) специальной классификации ССОИ по этим
признакам не производится.
Принято учитывать лишь назначение ССОИ для работы:
- на открытом воздухе;
- в неотапливаемых помещениях;
- в отапливаемых помещениях.
Мобильность. ССОИ могут быть стационарными или
мобильными.
В необходимых случаях мобильные ССОИ могут применяться
на стационарных объектах в целях временного усиления их охраны.
4-3018
98
По структуре построения. В зависимости от структуры
построения ССОИ делятся по следующим признакам (рис. 2.4):
- структурная схема построения ССОИ (см. варианты схем
построения на рис. 1.4-1.8);
- количество каналов сигнализации (емкость ССОИ);
- способ подключения СО к каналу сигнализации;
- тип линии связи (линия связи из состава канала сигнализации);
- наличие периферийных (выносных) устройств отображения,
сигнализации и управления.
СТРУКТУРА
ПОСТРОЕНИЯ
Структурная схема
построения
ССОИ
Количество
каналов
сигнализации
Способ
подключения СО к
каналам
сигнализации
Тип
линии
связи
Периферийные
устройства
_L
с радиальной
(лучевой)
структурой
с петлевой
(кольцевой)
структурой
со шлейфо-
вой
(магистральной)
структурой
J_
с
древовидной
структурой
малой
емкости
(количество
каналов - п)
1 < п < 16
средней
емкости
большой
емкости
п>64
с
непосредственным
подключением СО
к каналу
сигнализации
J-
с
подключением СО к каналу
сигнализации
посредством
концентратора
с адресными
СО
с
проводными
линиями
связи
без
периферийных
устройств
Л.
с
радиоканалами
связи
с
периферийными
устройствами
с
оптоволоконными
каналами
со спецканалами
связи
(ультразвуковые, инфракрасные
и т.п.)
Рис. 2.4. Классификация ССОИ в зависимости
от структуры построения
99^
Структурная схема построения. В зависимости от
структурной схемы построения ССОИ подразделяются на системы с
радиальной (лучевой), с петлевой (кольцевой), шлейфовой
(магистральной) и с древовидной структурой построения (варианты схем без
концентраторов см. на рис. 2.13, а-г в разд. 2.4).
При радиальной структуре построения СО подключаются
к ССОИ с помощью индивидуальных линий связи.
В ССОИ с другими схемами построения СО подключаются
к одной линии связи с помощью периферийных блоков. При этом
сигналы передаются в цифровом виде и содержат адресную и
информационную части.
Количество каналов сигнализации. Канал сигнализации - это
совокупность аппаратно-программных средств ССОИ,
предназначенных для контроля над состоянием одного СО. Это понятие
позволяет определять количество каналов сигнализации независимо
от структуры построения ССОИ. Например, при радиальной
структуре построения каналы сигнализации различаются линиями связи
(лучами) с СО, а при шлейфовой - адресами контролируемых СО.
Для ССОИ, предназначенных для охраны объектов народного
хозяйства, принято другое понятие - шлейф сигнализации (ШС).
Это, как правило, двухпроводная электрическая цепь, которая
создается на охраняемом объекте. В нее включаются последовательно
или параллельно СО. При радиальной структуре построения ШС
эквивалентен каналу сигнализации. При остальных структурах, вместо
определенного количества каналов сигнализации, разделяемых
адресным способом, имеется один (или два) ШС с подключенными
к нему адресными СО.
В зависимости от количества каналов сигнализации ССОИ
обычно делятся на системы:
- малой емкости - количество каналов от 1 до 16;
- средней емкости - количество каналов от 16 до 64;
- большой емкости - количество каналов более 64.
Следует отметить, что в последнее время в связи с бурным
развитием ТСОС отмечается тенденция изменения этих значений
в сторону увеличения.
Способ подключения СО. К каналу сигнализации можно
подключить определенное количество СО. Характерным для
радиальной структуры построения ССОИ является отсутствие возможности
идентифицировать конкретное СО, сработавшее в канале
сигнализации. Во многих системах народно-хозяйственного назначения
такое ограничение считается допустимым, так как зачастую
применяется тактика охраны, при которой через многие охраняемые участки
(зоны) проводится шлейф, к которому подключаются СО, установ-
100
ленные в разных помещениях (это следует из определения ШС).
При этом не так важно знать, какое помещение подверглось
нападению, как важно зафиксировать сам факт проникновения. Это,
конечно, относительно недорогие системы, но и сами охраняемые
объекты имеют соответственно невысокую степень важности.
Для охраны объектов специального назначения требуется
конкретизировать место проникновения. Поэтому в таких системах
используются каналы сигнализации с одним СО. Иногда для охраны
одного помещения допускается объединение нескольких СО, но при
этом не допускается простое подключение нескольких СО к каналу
сигнализации, так как в данных системах обязателен контроль
работоспособности всех СО (что невозможно осуществлять при простом
параллельном или последовательном соединении сигнальных цепей
СО). Для подключения нескольких СО к одному каналу сигнализации
в системах используются концентраторы, позволяющие, помимо
объединения СО, производить проверку их работоспособности.
В системах со шлейфовой, петлевой или древовидной
структурой применяются адресные СО (имеющие в своем составе
устройства для организации обмена информацией) или обычные СО
(с релейными выходами), подключаемые посредством специальных
переходников (периферийных блоков).
В зависимости от способа подключения СО ССОИ
подразделяются на системы:
- с непосредственным подключением СО к каналу сигнализации;
- с подключением СО к каналам сигнализации посредством
концентратора;
- с адресными СО.
Тип линии связи. Передача информации между СО,
периферийными устройствами и станционной частью ССОИ может
осуществляться по линиям связи разного типа. В зависимости от
используемого типа линии связи различают следующие ССОИ:
- с проводными линиями связи;
- с радиоканалами связи;
- с оптоволоконными линиями связи;
- со специальными линиями связи (ультразвуковые,
инфракрасные и т.п.).
В качестве проводных линий могут использоваться: специально
проложенный кабель; телефонные линии - свободные (специально
выделенные для передачи информации) и занятые (по занятым
телефонным каналам с помощью ВЧ-несущей); электросеть;
телевизионные кабели (кабельное телевидение, общие антенны и т.п.).
Радиоканалы могут использовать разные частоты, виды
модуляции и мощности передатчика.
Периферийные устройства. Наличие или отсутствие в составе
ССОИ дополнительных выносных (периферийных) устройств
отображения, сигнализации и контроля (постовые пульты, выносное табло,
сирена и т.п.) делит их на системы без выносных устройств и с
выносными устройствами отображения, сигнализации и управления.
По организации энергообеспечения. В зависимости от вида
электропитания ССОИ делятся на системы с сетевым
электропитанием и с автономным электропитанием от аккумуляторов.
В зависимости от способа электропитания СО и
периферийных устройств ССОИ подразделяют на системы (рис. 2.5):
- с дистанционным электропитанием СО и периферийных
устройств;
- без централизованного обеспечения электро-питания СО и
периферийных устройств (используются автономные источники
электропитания);
- с автоматическим переходом на резервный источник
электропитания;
- без переключения на резервный источник электропитания.
Энергообеспечение
Вид
электропитания
с сетевым
электропитанием
с
автономным
электропитанием
Обеспечение
электропитания СО и
периферийных
устройств
Автоматический переход
на резервный источник
электропитания при
выходе из строя основного
централизованным
электропитанием СО и
периферийных
устройств
без
централизованного
электропитания СО и
периферийных устройств
(с применением
автономных источников
электропитания)
с автоматическим
переходом на
резервный источник
питания
без автоматического
перехода на
резервный источник
питания
Рис. 2.5. Классификация ССОИ по способам обеспечения электропитания
102
По степени защиты линий сигнализации от
несанкционированного внедрения и обхода. В простейших ССОИ при
срабатывании СО его выходные контакты замыкают или размыкают
сигнализационную линию канала. При этом имеется возможность легко
нейтрализовать такой канал сигнализации, например, закоротив
(при замкнутых выходных контактах СО в режиме "Охрана") или
обрезав линию соединения (при разомкнутых выходных контактах
СО в режиме "Охрана").
Существуют несколько способов контроля линии и защиты ее
от несанкционированного внедрения и обхода.
Первый способ заключается в измерении общего
сопротивления линии и выходных цепей СО (концентратора) с установленными
вблизи СО измерительными резисторами. Это позволяет
обнаруживать такие неисправности как короткое замыкание и обрыв. Такой
способ имеет слабую степень защиты линии от обхода, так как
подготовленный нарушитель довольно просто может незаметно
подсоединить к сигнализационной линии резистивный имитатор.
В так называемых емкостных системах (как правило,
применяются в МВД России) вместо активного измерительного элемента
(резистора) используется реактивность - конденсатор, а контроль
состояния сигнализационного шлейфа осуществляется по анализу
параметров импульсных сигналов, распространяющихся в шлейфе.
По степени защиты линии от обхода такой способ приблизительно
идентичен предыдущему.
Наиболее высокую степень защиты линии от обхода
(несанкционированного внедрения) обеспечивает метод генерирования в
сигнализационной линии псевдослучайной (хаотической)
последовательности импульсов (ХПИ). Хаотическая последовательность
представляет собой периодически повторяющуюся (по определенному
закону) последовательность импульсов, которая при исследовании
ее статистическими методами не отличима от случайной
последовательности. ХПИ обладают рядом свойств, обуславливающих
возможность их применения для решения задач защиты информации
[94, 171, 191]. Не зная закона выработки последовательности, такой
сигнал трудно сымитировать.
Кроме вышеперечисленных способов целям защиты линии от
несанкционированного внедрения и обхода служат также присущие
многим ССОИ дистанционный контроль работоспособности СО и
контроль вскрытия периферийных устройств (распределительных
коробок, концентраторов и др.).
В соответствии с изложенным ССОИ можно разделить на
системы (рис. 2.6):
103
Защита линии
сигнализации от обхода
Степень защиты
линий
сигнализации от
обхода
I
Без защиты
линий
сигнализации
от обхода
Защита линий от
обхода при
выключенном СО (режим
деблокирования)
с низкой
степенью
защиты
со средней
степенью
защиты
без наличия режима
деблокирования
с высокой
степенью
защиты
с наличием режима
деблокирования
Рис. 2.6. Классификация ССОИ в зависимости от степени защиты
линий сигнализации от обхода
- без защиты линий связи от обхода;
- с низкой степенью защиты линий связи от обхода;
- со средней степенью защиты линий связи от обхода;
- с высокой степенью защиты линий связи от обхода.
Одним из определяющих факторов надежной работы ССОИ
с проводными линиями связи является исправное состояние
последних. Обеспечение непрерывного контроля за состоянием
соединительных линий каналов сигнализации (как в режиме "Охрана",
так и при снятом с охраны СО - режим "Деблокирование") -
важнейшая функция ССОИ.
В зависимости от наличия или отсутствия в ССОИ режима
контроля за состоянием соединительных линий канала сигнализации
при снятом с охраны СО ССОИ делятся на системы без режима
"Деблокирование" и с режимом "Деблокирование".
Конкретный вариант аппаратной (программно-аппаратной)
реализации режима "Деблокирование" определяется особенностями
той или иной ССОИ. Простейший вариант для содержащего
резистор канала сигнализации представлен на рис. 2.7. В схемах на рис.
2.7, а, б при снятом с охраны СО контакты реле разомкнуты. В связи
с этим контроль за состоянием соединительной линии канала
сигнализации (рис. 2.7, а) не осуществляется и имеется возможность вне-
104
дрения в линию, а в схеме рис. 2.7, б, контроль осуществляется с
помощью измерительного резистора Rfl6n и любое воздействие на
канал сигнализации (замыкание, обрыв, включение добавочного
сопротивления) приведет к изменению общего сопротивления линии,
что вызовет сигнал "Тревога".
кссои
кссои
т
Roxp
Roxp
щ
«*.
1
т I
а)
г 1
, СО
/ со i
б)
Рис. 2.7. Канал сигнализации:
а - без режима «Деблокирование»; б - с режимом «Деблокирование»
По способам обеспечения контроля работоспособности
аппаратуры. Контроль работоспособности аппаратуры ССОИ может
быть (рис. 2.8.):
- полным - проверяется работоспособность СО,
соединительных линий и станционной части ССОИ или частичным -отсутствует
контроль одного или более элементов из указанного выше ряда;
- автоматическим - осуществляется автоматическая проверка
работоспособности элементов ССОИ. Автоматический контроль,
в свою очередь, может быть непрерывным или периодическим;
- автоматизированным (по команде оператора).
Автоматизированный и автоматический контроль могут быть
с диагностикой причин неисправности или без диагностики причин
неисправности.
Таким образом, в соответствии с вышеперечисленными
особенностями ССОИ подразделяются на системы:
105^
- без обеспечения контроля за состоянием аппаратуры;
- с полным контролем;
- с частичным контролем;
- с непрерывным автоматическим контролем;
- с периодическим автоматическим контролем;
- с возможностью диагностики неисправности;
- без возможности диагностики неисправности.
По методам отображения информации. Под отображением
информации применительно к ССОИ понимается такое
представление возникающей в ССОИ информации, которое обеспечивает
возможно более удобное восприятие ее личным составом службы
охраны (человеком-оператором).
без
контроля
У
Обеспечение контроля
работоспособности аппаратуры
Периодичность
проверки
Степень
автоматизации
контроля
Диагностика
причин
неисправности
Качество
контролируемых
узлов
с
непрерывным автома
тическим
контролем
с
периодическим
автоматическим
контролем
с
автоматизированным
контролем
с диагностикой
причин
неисправности
без
диагностики
причин
неисправности
с полным
контролем
с частичным
контролем
Рис. 2.8. Классификация ССОИ по способу контроля работоспособности
аппаратуры
Отображение информации может быть визуальное,
акустическое, текстовое и в специальных случаях - тактильное (ощущение
прикосновения, например, пальцами). Акустические сигналы, в свою
очередь, можно разделить на тональные и речевые, формируемые
106
синтезатором речевых сообщений. По форме представления
сигнала его отображенный образ может быть текстовым сообщением (на
табло или мониторе), графическим изображением (на экране
монитора - графическое представление объекта, коридора, комнаты и
т.п. с указанием СО, подавшего тревогу). Посредством светоиндика-
ции формируется отображение (с помощью светодиодов) режима
работы и состояния канала сигнализации, блоков питания, наличия
сетевого напряжения и т.п.
Важный параметр отображения информации - степень ее
детализации. По степени детализации визуальные сообщения делятся
на интегральные (обобщенные) и детальные. К интегральным
сообщениям относятся сообщения о текущих режимах работы, состоянии
каналов сигнализации, а также о режимах функционирования и
исправности наиболее ответственных узлов и систем аппаратуры. Эти
сообщения поступают в режиме реального времени. Они дают
представление о текущем состоянии разных компонентов системы.
Примером технической реализации интегрального отображения может
служить пульт контроля, в котором текущая информация
отображается с помощью светодиодов. Детальные сообщения дают более
полную оперативную информацию. Например, кроме номера
сработавшего канала сигнализации выдается наименование
соответствующего объекта, его месторасположение и т.п. Дополнительная
информация имеет последовательную форму отображения, т. е.
выводится на индикаторы (табло, монитор) по мере ее поступления
и отработки оператором.
По способам реализации алгоритмов отображения
информации ССОИ делятся на системы (рис.2.9,а) с последовательным,
с параллельным и комбинированным способом отображения
информации.
Устройства отображения (УО) должны отображать следующую
информацию:
- о состоянии каналов в общей форме;
- о состоянии каналов в подробной форме;
- оперативные тревожные сигналы;
- сигналы об изменении состояния аппаратуры в целом и
отдельных ее блоков;
- сигналы, выводимые из памяти;
- текущее время и дату.
Отображение информации о состоянии каналов в общей
форме показывает номера каналов, их режимы (включен, выключен)
и состояние (срабатывание).
107
а)
Методы
отображения
информации
параллельное
отображение
комбинированное
отображение
i i
последовательное
отображение
б)
Обеспечение
регистрации
информации
без
регистрации
информации
хранение
информации
с возможностью
передачи данных
на ПЭВМ
документирование
с ОЗУ
в)
без возможности
подключения внешних
устройств
с возможностью
документирования
в режиме реального
времени
с
возможностью
документирования
посредством
распечатки
базы данных с
ПЭВМ
с возможностью
распечатки
содержимого
ОЗУ
Возможность
управления
внешними
устройствами
с возможностью
подключения
общего ВУ для
всех каналов
I
с возможностью
подключения
индивидуальных
и общего ВУ
с возможностью
подключения внешних
устройств, индивидуальных
для каждого канала
Обеспечение возможности
информационного обмена с другими системами
(СКУД, телевизионного наблюдения,
ПЭВМ и т.п.) с помощью стандартных
интерфейсов
с возможностью обмена
информацией через
стандартный интерфейс
без возможности обмена
информацией через
стандартный интерфейс
Рис. 2.9. Классификация ССОИ по способам отображения (а), возможности
регистрации и документирования информации (б), возможности управления
внешними устройствами (в), возможности обмена с другими системами
Через стандартный интерфейс (г).
108
Информация о состоянии каналов в подробной форме
отображает:
- номер канала;
- номенклатуру контролируемых устройств (количество
средств отображения, кнопки контроля обходно-дозорной службы,
замки);
- состояние контролируемых устройств.
Оперативные тревожные сигналы отображают:
- номер канала;
- контролируемое устройство, с которого поступает сигнал;
- направление движения нарушителя (при использовании
соответствующих СО или двух рубежей охраны).
К сигналам об изменении состояния аппаратуры в целом и
отдельных блоков следует отнести:
- переход на резервный источник питания;
- включение и отключение отдельных постовых пультов (ПП);
- неисправность отдельных блоков.
Тревожные сигналы и сигналы об изменении состояния
системы должны иметь приоритет перед остальными сигналами.
Существующие устройства отображения можно подразделить
на четыре вида по способу представления информации: точечные;
цифровые; знаковые; знакографические.
Способ представления информации обусловлен
номенклатурой приборов индикации и элементной базой, а также объемом
информации, представляемой комплексом персоналу охраны.
Точечные УО выполнены на светодиодах, цифровые - на
цифровых многоразрядных вакуумных люминесцентных
индикаторах (ВЛИ), знаковые - на знакосинтезирующих вакуумных
люминесцентных индикаторах; знакографические - на цветных и черно-
белых видеоконтрольных устройствах (ВКУ) с электронно-лучевыми
трубками.
Названные УО существенно отличаются друг от друга
информативностью. Например, точечный индикатор, установленный в
определенной позиции УО, жестко определяющей адрес канала
сигнализации, позволяет отобразить три возможных его состояния: горит,
мигает, не горит.
Когда в канале сигнализации используется несколько
контролируемых устройств (КУ) различного назначения (замки, кодонабор-
ные устройства (КНУ), кнопки, СО), то воспринимать на точечном УО
все возможные их состояния при компактном и регулярном
размещении светодиодов становится затруднительным, особенно в
многоканальных системах. Резко повысить удобство восприятия
информации в этом случае удается при совмещении точечного УО с пла-
109^
ном объекта, когда каждый светодиод размещается согласно своему
объектовому адресу.
На цифровых УО информация представляется в виде таблиц.
Причем их "шапка", в которой указано значение цифровых кодов,
отображаемых в графах, выгравирована на защитном стекле, под
которым размещаются индикаторы. На индикаторах в графах
таблицы отображаются цифровые коды, которые в совокупности с
надписью в соответствующей графе "шапки" идентифицируются
оператором с конкретными значениями.
Знаковые индикаторы позволяют представлять информацию в
буквенно-цифровом виде, удобном для восприятия. Однако
небольшое количество знакомест в одном индикаторе ограничивает
сервисные возможности.
Наиболее информативными являются знакографические УО,
которые обеспечивают большие возможности в выборе различных
форм представления информации и ее цветовой кодировки - в
случае использования цветных ВКУ.
В настоящее время появились жидкокристаллические
матричные панели с встроенными схемами управления, которые по объему
отображаемой информации такие же, как и черно-белые ВКУ.
Рост информативности УО приводит к расширению состава
аппаратуры системы управления и к их усложнению. Если для
управления точечными индикаторами требуется практически триггер
и ключ, то для обеспечения эффективной работы ВКУ и
жидкокристаллических матричных панелей используются параллельно
управляемые контроллеры и запоминающие устройства со значительным
объемом памяти.
По энергопотреблению наиболее экономичными являются
жидкокристаллические индикаторы, затем вакуумные
люминесцентные, светодиодные и ВКУ. Светодиодные индикаторы требуют
напряжения одного номинала и, как правило, питаются тем же
напряжением, что и логические микросхемы в схемах управления.
Вакуумные люминесцентные индикаторы требуют сетки
различных напряжений, включая и переменное для питания цепи
накала, что приводит к дополнительным затратам на вторичные
источники питания (ВИП).
Самыми неэкономичными с точки зрения энергопотребления
являются ВКУ. Большинство из них питаются только от сети
переменного тока, что создает большие неудобства при резервировании
первичных источников питания.
Вакуумные люминесцентные и светодиодные индикаторы
имеют приблизительно одинаковую надежность, жидкокристаллические
незначительно уступают им. Самыми ненадежными являются ВКУ.
110
ВКУ и жидкокристаллический индикатор (ЖКИ) могут
эксплуатироваться только в отапливаемых помещениях, светодиодные и
вакуумные люминесцентные - на открытом воздухе в составе
аппаратуры.
ВЛИ имеют наибольшую яркость свечения.
Применение ЖКИ при низкой освещенности требует внешнего
искусственного освещения. Применение индикаторов различных
типов в УО постовых пультов и станционной аппаратуре приводит к
значительному увеличению номенклатуры субблоков, а
следовательно и ЗИП. Кроме того, различные информативные возможности
индикаторов приводят к необходимости представления информации
на ПП и станционной части в различной форме, что, в свою очередь,
вызывает различную тактику управления режимами их работы и,
соответственно, требует усложнения алгоритмов работы аппаратуры
в целом.
Графические устройства отображения информации можно
охарактеризовать следующими показателями:
- объемом отображаемой информации;
- объемом схемы управления;
- габаритами;
- потребляемой мощностью.
Максимальный объем информации, который в принципе
можно отобразить на указанном УО, образуется из описаний:
- номеров каналов;
- номеров СО, подключаемых к каждому каналу;
- кнопок контроля обходно-дозорной службы и их состояний;
- радиокнопок тревожной сигнализации, их состояний.
Всю цифровую информацию можно отобразить двумя
способами:
- с помощью цифровых светодиодных индикаторов;
- с помощью точечных индикаторов и соответствующих
надписей на плане.
Достоинством цифровых индикаторов является обеспечение
возможности восприятия минимально необходимой информации
(номер канала и его состояние) при отсутствии достаточной
освещенности. Однако это достоинство по сравнению с точечными
индикаторами оплачивается дополнительными затратами, например
в пять-семь раз увеличивается потребляемая мощность и требуется
индивидуальная схема электромонтажа ячеек отображения номеров
каналов. Кроме того они занимают большую площадь на плане
и цифры имеют фиксированный размер.
По способам регистрации информации. ССОИ разделяются
по возможности хранения и документирования (распечатки)
оперативной информации.
Возможность хранения информации обеспечивается с
помощью ОЗУ и передачей сообщений на ПЭВМ для записи в базу
данных. Оперативная информация сохраняется для возможности ее
последующего просмотра (иногда с обеспечением возможности
проведения некоторых видов статистического анализа).
Документирование (распечатка оперативной информации на
бумаге) может осуществляться в трех режимах:
- в режиме реального времени (сообщение распечатывается
сразу по приходу);
- распечатка содержимого ОЗУ/базы данных (при наличии в
составе ССОИ ОЗУ или возможности создания базы данных на
ПЭВМ);
- распечатка информации в режиме реального времени с воз-
"можностью распечатки содержимого ОЗУ/базы данных.
Таким образом, существуют следующие типы ССОИ (рис. 2.9, б):
- без возможности регистрировать информацию;
- с ОЗУ;
- с возможностью передачи данных на ПЭВМ;
- с возможностью документирования в режиме реального
времени;
- с возможностью документирования содержимого ОЗУ;
- с возможностью документирования, посредством распечатки
базы данных с ПЭВМ.
В ССОИ возможны комбинации способов регистрации и
документирования.
По организации управления внешними устройствами.
ССОИ могут иметь в своем составе устройства, позволяющие
автоматически включать различные внешние устройства (сигнализаторы,
прожекторы, телекамеры и т.п.). Внешние устройства (ВУ) делятся на:
- индивидуальные для каждого канала сигнализации (они
включаются при срабатывании соответствующего СО);
- общие - срабатывают при появлении тревоги по любому
каналу.
Соответственно такому делению ВУ ССОИ подразделяются на
системы (рис. 2.9, в):
- без возможности управления ВУ;
- с возможностью управления ВУ, индивидуальными для
каждого канала;
- с возможностью управления общим ВУ;
- с возможностью управления индивидуальными и общим ВУ.
112
По возможности обеспечения информационного обмена
с другими системами (контроля доступа, телевизионного
наблюдения и т.п.) С помощью стандартных интерфейсов. В настоящее
время все более актуальным становится объединение различных
охранных систем, например: систем охранной и пожарной сигнализации,
систем контроля доступа, систем телевизионного наблюдения и др.
В интегрированные системы безопасности. Для создания таких
систем необходима возможность аппаратно-программной стыковки ссои
с другими охранными системами. В настоящее время не
разрабатываются (как это было ранее) специальные узлы для стыковки
охранных систем между собой. В современных системах для обмена
данными используются стандартные интерфейсы и протоколы обмена
информацией (например, rs-232, rs-485), так как это обеспечивает
возможность легкой стыковки систем разного назначения и с разными
характеристиками. Таким образом, при наличии специально
разработанного программного обеспечения и наличии у объединяемых
систем портов ввода/вывода со стандартными интерфейсами обмена
информацией можно объединить охранные системы разного
назначения в единую (интегрированную) систему безопасности.
Учитывая вышеизложенное, можно выделить (рис. 2.9, г) ССОИ,
обладающие возможностью обмена информацией через стандартный
интерфейс, и ССОИ, не обладающие такой возможностью.
2.3. Функции ССОИ в составе комплексов ТСОС
Из изложенного выше с очевидностью просматривается
эволюция развития функций ССОИ.
На предыдущих этапах развития ТСОС функции ССОИ
заключались лишь в сборе и индикации на станционном аппарате
информации о состоянии выходных цепей подключаемых СО. По
мере совершенствования тактики охраны, развития элементной базы и
информационных компьютерных технологий основными функциями
ССОИ стали:
- сбор информации о состоянии средств обнаружения;
- логическая обработка поступающей информации;
- визуальное и звуковое отображение сигнализационной
информации;
- управление режимами работы каналов сигнализации и
комплекса ТСОС в целом;
- контроль несения обходно-дозорной службы;
- обеспечение электропитанием СО и периферийных
устройств;
- автоматический и/или автоматизированный контроль за
работоспособностью ССОИ, СО и целостностью соединительных линий;
- управление внешними устройствами;
- управление системой тревожного оповещения (СТО);
- регистрация и хранение в оперативном запоминающем
устройстве (ОЗУ) информации о действиях оператора, тревожных
ситуациях и неисправностях, вывод всей информации или
информации по определенному каналу или виду события на устройства
отображения или принтер;
- документирование информации (получение распечатки на
бумаге с помощью специализированных цифропечатающих
устройств или принтера);
- обеспечение возможности информационного обмена с
другими системами (системой контроля доступа, системой
автоматической передачи данных по радиоканалу подвижным постам охраны,
другими ССОИ, ПЭВМ и т.д.) с помощью стандартных
информационных интерфейсов.
Кроме того, имеется возможность создания специальных
сервисных процедур (например, видеоконтроля, звукового оповещения
и т.д.).
Концептуально схему функционирования ССОИ можно
представить рис. 2.10.
О
Ы
И
Неисправность 1-го СО
Срабатывание 1-го СО
N-ro СО
N-го СО
Запись
информации
в ОЗУ
Решающее
устройство
Программа
функционирования
ССОИ
Ввод команды
оператором
Выдача информации
на устройства
отображения
Выдача
информации
на печать
Включение
внешних
устройств
Рис. 2.10. Концептуальная схема функционирования ССОИ
114
Решающее устройство системы, следуя инструкциям
программы функционирования (алгоритму), обрабатывает поток
событий с учетом текущих факторов для обеспечения требуемой
реакции ССОИ.
В основу работы большинства ССОИ положен принцип
контроля состояния СО в каждом канале посредством измерения
суммарного сопротивления сигнальной цепи канала. На рис. 2.11
представлена структурная схема, поясняющая принцип контроля
состояния СО.
Источники тока на своих выходах формируют опорные токи.
Напряжения каждого канала сигнализации определяются
значениями этих токов и суммарным сопротивлением канала, которое в свою
очередь определяется сопротивлениями измерительного резистора
Иизм и соединительной линии РчЛИН, а также состоянием контактов
(замкнуты или разомкнуты) СО.
Сигнал
состояния
CO
Рис. 2.11. Структурная схема контроля состояния СО:
COi,..., COn - средства обнаружения;
- сопротивление измерительного резистора;
- сопротивление соединительной линии;
К - аналоговый коммутатор;
ПУ - пороговое устройство;
Umax и Umin - пороговые значения напряжений.
Эти напряжения поступают на соответствующие входы
аналогового коммутатора К, выход которого подключен ко входу
порогового устройства (ПУ). ПУ сравнивает амплитуду входного напряжения
иИзм с двумя пороговыми уровнями Umin и Umax, определяющими
нижнюю и верхнюю границы области измеряемого напряжения для
каждого канала в нетревожном состоянии.
Если Umin<UM3M<Umax, то ПУ формирует на своем выходе
сигнал, соответствующий состоянию СО "Охрана", если же это условие
не выполняется, то ПУ формирует на своем выходе сигнал,
соответствующий состоянию СО "Тревога". Таким образом, измеряя
напряжения на выходах каналов сигнализации, можно определить
состояния СО, а также обрыв и короткое замыкание сигнальных цепей
соединительных линий.
Для устранения возможного влияния на суммарное
сопротивление каждого канала Клин» меняющегося со временем и от влияния
разных климатических условий, на практике значения RmM и Rnm
выбираются с учетом следующих соотношений;
Rh3m = 1,5...10 кОм, FWi й (0,01...0,05) Rm3m.
Современное ССОИ является аппаратно-программной
системой автоматизации сбора, обработки, отображения и
документирования информации, позволяющей оператору контролировать
состояние КТСО, анализировать потоки информации от аппаратуры
КТСО и в разрешенных рамках принимать управленческие решения.
Учитывая многообразие типов СО как старого, так и нового
поколений, наличие существенных различий в их тактико-
технических характеристиках, вопросы адаптации ССОИ к
конкретным типам контролируемых ею СО являются в настоящее время
особенно актуальными. При сопряжении СО и ССОИ необходимо
согласовывать следующие стыковочные параметры:
- напряжение электропитания СО (если оно требуется);
- время неустойчивого состояния выходных контактов СО
после подачи на него напряжения электропитания (время переходных
процессов СО);
- тип дистанционной проверки работоспособности СО.
По первому из перечисленных параметров ССОИ должна
обеспечивать возможность подключения как СО старого поколения
с напряжением электропитания +21,6...+25,2 В, так и современных
СО с напряжением электропитания +9...+14 В. Это решается, как
правило, включением в состав ССОИ соответствующих источников
электропитания.
По времени переходных процессов СО ССОИ должна
обеспечивать возможность подключения "быстрых" СО с указанным
временем до 1 с и "медленных" СО, у которых время неустойчивого
состояния выходных контактов после подачи на них напряжения
электропитания составляет от нескольких секунд до нескольких
десятков секунд. При этом в течение времени переходных процессов
ССОИ должна игнорировать тревожные сигналы от СО.
116
По типу дистанционной проверки работоспособности СО
ССОИ должна обеспечивать возможность адаптации для
совместной работы с СО:
- без проверки;
- с проверкой путем подачи (снятия) напряжения по
специальной цепи контроля СО;
- с проверкой путем снятия напряжения электропитания
(большинство импортных СО).
Одним из основных назначений ССОИ является передача
достоверной информации от источника информации к оператору.
Основными причинами появления ошибок при передаче дискретных
сигналов по проводным каналам связи и даже выхода аппаратуры
из строя являются различного рода импульсные помехи
(естественного происхождения, промышленные, коммутационные).
Самыми распространенными импульсными помехами
естественного происхождения являются грозовые разряды. При этом
помеха представляет собой отклик на короткий электрический
импульс, возникающий в атмосфере. Типичные параметры этого
отклика принимают следующие значения:
- длительность фронта -ЮОмкс;
- длительность полуспада - 700 мкс;
- амплитуда - до 900 В.
Для помехозащищенности ССОИ от грозовых импульсов во
входные устройства системы вводятся специальные схемы
грозозащиты. Как правило, они представляют собой интегрирующие
RC-фильтры, ограничители, разрядники или комбинации указанных
элементов.
Режим диалога человека с КТСО (обеспечиваемый ССОИ)
позволяет достаточно удобно и эффективно выбирать нужную
оперативную информацию в реальном масштабе времени.
Понятие диалога подразумевает наличие двух встречно
направленных и логически связанных информационных потоков.
Первый поток задает оператор, информируя систему с помощью
определенных команд о намерении провести какую-либо операцию.
Далее по запрограммированному алгоритму осуществляется
взаимодействие "Система - Оператор": последовательно выводимые
системой на устройства отображения вопросы (второй поток
информации) и полученные от оператора ответные команды задают
конкретные параметры проводимого действия, подтверждают его
правильность, дают разрешение на исполнение или отменяют его.
Ниже на рис. 2.12, схематично представлен один из
вариантов организации диалога "Оператор-ССОИ" при подаче команды
управления.
117
ОПЕРАТОР
Изменение режима
работы канала
Канал N 1
Нет
Да
-
—'—.
.
ССОИ
Введите номер
Перевести канал
NN в режим «Охрана»?
Перевести канал
NN в режим
«Деблокирование»?
Исполнение
команды
Рис. 2.12. Схема диалога "Оператор-ССОИ".
Главными функциональными обязанностями оператора,
помимо управления системой охранной сигнализации, являются
наблюдение и однозначное считывание отображаемой ССОИ
информации. Не рассматривая субъективную сторону
(психофизиологические особенности конкретного человека), можно сказать, что
адекватность ситуационного реагирования оператора во многом зависит
от принятых в ССОИ методов отображения информации.
Методы отображения информации (как излагалось ранее)
отличаются:
- по модальности сигнала - на визуальные, акустические
и тактильные; акустические сигналы, в свою очередь, можно
разделить на тональные (вызывные) и речевые, формируемые
синтезатором речевых сообщений;
- по форме сигнала - на абстрактные (условные) символы
и изображения (как правило, графические);
- по степени детализации - на интегральные (обобщенные)
и детальные сигналы;
- по функциям выдаваемой информации - на командные
(типа "делай это") или ситуационные;
- по тактической важности - на оперативные и текущие
информационные сообщения.
Рассмотрим подробнее современные особенности
отображения сигналов.
Выделим несколько типов визуальной информации,
отличающихся временными характеристиками их отображения:
- непрерывно отображаемая информация;
118
- информация, сопровождающая изменение состояний и
режимов функционирования элементов ССОИ;
- информация, выводимая на устройства отображения по
командам оператора.
К первому типу принадлежит интегральная информация о
текущих режимах работы и состоянии каждого из контролируемых СО.
Сюда, в частности, относятся сигналы "Выключен",
"Деблокирование", "Охрана", соответствующие текущему режиму работы канала
сигнализации, а также сигнал "Тревога" о тревожном состоянии
канала.
Вместе с тем к другой информации, которую оператор должен
постоянно иметь перед глазами, относятся сигналы о режимах
функционирования и исправности наиболее ответственных узлов и
систем аппаратуры. К ним относится, например, информация о
состоянии системы электропитания ССОИ (переход на
электропитание от резервной фазы сетевого напряжения или аккумулятора).
Сигналы первого типа можно трактовать как информацию,
поступающую параллельно в реальном масштабе времени, так как
она дает одновременное представление о текущем состоянии
разных компонентов системы.
Интегральный (обобщенный) характер представления
"параллельной информации" не является избыточным, ибо оператору
важно знать не только текущую обстановку, но и обладать в случаях
ее изменения дополнительной, более детальной оперативной
информацией.
В общем случае изменение любого сигнала, отображаемого в
параллельной форме, должно иметь информационное дополнение
(второй тип информации).
Дополнительная информация имеет последовательную
форму отображения, т.е. поочередно выводится на индикаторы по мере
ее отработки оператором. Другими словами, каждый
последовательный сигнал индицируется до тех пор, пока оператор подачей
соответствующей команды не подтвердит факт его считывания
(отработки). При этом должен отображаться сигнал о наличии других
неотработанных информационных сообщений (сигнал "Очередь").
Информация, выводимая на устройства отображения по
командам оператора, включает в себя:
- условное изображение поданной команды управления;
- сообщения, хранящиеся в оперативном запоминающем
устройстве;
- информацию о конфигурации системы, типах и
особенностях подключенных СО и периферийных устройств.
Основными видами отображения визуальной информации
в ССОИ являются:
- параллельно-последовательный на центральном
устройстве отображения;
- последовательный на дополнительных (выносных)
устройствах отображения.
При этом требуется защищенность от несанкционированного
доступа к информации, хранящейся в ОЗУ, и информации,
задающей конкретный алгоритм функционирования ССОИ.
Звуковое отображение акустических сигналов,
сопровождающее оперативные сигналы ССОИ, используется наиболее часто на
большом количестве объектов.
В современных условиях совершенствование тактики охраны
объектов во многих случаях реализуется путем расширения
градаций "окраски" звуковых сигналов, а именно: применением (кроме
привычных однотональных) прерывистых и непрерывных звуковых
сигналов с разными тонами, частотой прерывистости, оригинальной
световой гаммой, а также применением синтезаторов речевых
сообщений. Это позволяет уменьшить время реакции оператора
в тревожных ситуациях, выделять приоритетную информацию,
привлекать внимание в определенной ситуации и т.д.
Для ССОИ, предназначенных для охраны важных объектов
(например, где хранятся большие ценности, взрывоопасные
материалы и т.д.), желательно обеспечить функционирование каждого
канала сигнализации в одном из трех режимов:
- «Выключен». В этом режиме на СО не подается питание, не
анализируется состояние сигнальной цепи СО и не контролируется
линия связи;
- «Деблокирование». В этом режиме на СО не подается
питание, не анализируется состояние сигнальной цепи СО, но
контролируется линия связи;
- «Охрана». В этом режиме на СО подается питание,
анализируется состояние сигнальной цепи СО и контролируется
соединительная линия.
Для ССОИ, предназначенных для охраны иных менее важных
объектов народного хозяйства, каждый канал сигнализации может
функционировать в одном из двух режимов:
- снят с контроля - состояние сигнальной цепи СО не
анализируется;
- поставлен на контроль - сигнальная цепь СО контролируется.
Функция управления режимами работы каналов сигнализации
заключается в возможности перевода каждого канала из одного
режима в другой. Обычно эта операция осуществляется путем нажа-
120
тия индивидуальной кнопки, в этом случае количество кнопок
управления каналами сигнализации равно количеству каналов.
Существуют ССОИ, в которых каналы сигнализации управляются
меньшим количеством кнопок, в таком случае каждая кнопка
реализует несколько функций и управление каналами происходит путем
нажатия сложной комбинации кнопок.
Функция управления работой ТСОС в целом заключается
в выработке станционной аппаратурой (СА) команд управления:
- включение и выключение дополнительных средств
отображения информации (выносных табло, тревожных оповещателей
и др.);
- включение и выключение периферийных блоков (ПБ) и
изменение режимов их работы.
В ряде ССОИ, предназначенных, как правило, для охраны
объектов народного хозяйства, входящая в них аппаратура
электропитания предназначается для обеспечения электропитанием
только СА. В этом случае ССОИ не обеспечивает электропитанием
СО и периферийные устройства, что приводит к необходимости
применения большого количества автономных блоков
электропитания и прокладки дополнительных силовых линий. Аппаратура ССОИ
специального назначения включает в свой состав
специализированные коммутационные узлы для управления цепями
электропитания подключаемых СО и ПБ. В этом случае осуществляется
централизованное управление системой сбора и обработки
информации подачей электропитания на СО при переходе канала в режим
"Охрана".
В целях повышения надежности и удобства эксплуатации в
состав современной СА вводят устройства контроля
работоспособности СО, собственно СА и его составных частей. Контроль
работоспособности может осуществляться как автоматизировано,
путем подачи оператором соответствующих команд, так и
автоматически. Автоматический контроль работоспособности
производится, как правило, путем непрерывного слежения за
соответствующими рабочими параметрами отдельных блоков аппаратуры и
выработки в аварийных ситуациях служебных сигналов
"Неисправность".
Целями дистанционной проверки работоспособности СО
являются как контроль исправности самого СО, так и проверка
целостности линии связи с ССОИ. В зарубежных системах
охранной сигнализации проверка работоспособности электронных СО
возлагается на само СО, имеющее внутренние схемы
самодиагностики. Как правило, такой самоконтроль осуществляется в
течение нескольких секунд (десятков секунд) после подачи на СО
напряжения электропитания. Из-за нерегулярного характера
проверки работоспособности в импортных СО при отсутствующем
контроле линии связи зарубежные системы уступают многим
отечественным ССОИ.
Сигналы проверки работоспособности СО, формируемые
многими отечественными ССОИ, представляют собой импульсы
подачи или снятия соответствующего напряжения. Во время
проверки сигнальная цепь СО должна переходить из дежурного
состояния в тревожное и обратно до окончания цикла проверки. Если это
условие выполняется, то канал остается в состоянии "Охрана", если
нет, то формируется сигнал "Тревога при проверке".
Ранее для управления работой внешних устройств
использовались ручные переключатели внешних устройств. В
настоящее время эта функция выполняется автоматически, т. е. при
срабатывании какого-либо канала формируется сигнал
управления включением внешнего устройства, соответствующего
данному каналу. В качестве внешних устройств могут использоваться
теле- и видеокамеры, звуковые и световые оповещатели и другие
устройства.
В некоторых случаях в состав ССОИ вводится блок для
управления системой тревожного оповещения (СТО),
предназначенной для своевременной подачи сигналов о возникновении
тревожных ситуаций ("Общая тревога"). Ранее организация СТО
проводилась путем использования специализированной
аппаратуры. Однако со временем появилась необходимость
совмещения в ССОИ функций охранной и тревожной сигнализаций. Для
реализации этой функции СА доукомплектовывается
соответствующими выносными устройствами (кнопками и
сигнализаторами) и, при необходимости, вспомогательными источниками
электропитания.
В общем случае ССОИ регистрирует и запоминает
следующие события:
а) нетревожные ситуации:
- изменение режима работы СО;
- проведение дистанционной проверки работоспособности
СО;
- переход на электропитание от резервного источника
(аккумуляторной батареи) и обратно;
- предельную разрядку аккумуляторной батареи;
- коррекцию даты, времени;
- сброс оператором оперативных сигналов;
б) тревожные ситуации:
- "Тревога" от СО;
122
- "Тревога при проверке" - отсутствие подтверждения
работоспособности СО при проведении контроля;
- "Неисправность" аппаратуры ССОИ.
Эта информация не предназначена для широкого круга лиц,
в том числе и для дежурного оператора. Доступ к ее выводу из ОЗУ
на средства отображения и документирования должны иметь только
сотрудники службы безопасности. Поэтому отображение
сообщений, хранящихся в ОЗУ, инициализируется вводом разрешающего
кода (пароля).
В целях осуществления контроля за действиями оператора по
управлению комплексом ТСОС и для удобства оперативной работы
в состав ССОИ вводится аппаратура документирования.
Наибольшее распространение получили:
- цифропечатающие устройства (ЦПУ) с выводом
информации на перфоленту;
- принтер с выводом информации на писчую бумагу;
- дисковод с записью информации на жесткий диск для
последующей ее распечатки.
Однако введение в состав комплекса устройств
документирования требует предусматривать блоки автоматики,
предназначенные для логической обработки и подготовки сигналов управления
блоками ЦПУ. В последнее время для документирования и
систематизации сигнализационной информации в состав ССОИ иногда
вводится блок стыковки с ПЭВМ. Сигнализационная информация из
ОЗУ ССОИ через этот блок передается в ПЭВМ, где ее можно
систематизировать:
- по выбранным каналам;
- по выбранному интервалу времени;
- по видам сообщений.
В ряде ССОИ для обеспечения возможности
информационного обмена с другими системами вводятся специальные блоки,
основанные:
- на приемо-передающих микросхемах 1002ХЛ1;
схемотехника этой микросхемы реализует механизм повышенной
помехоустойчивости, однако при ее использовании невозможно гибко
программировать механизмы передачи;
- на использовании стандартного информационного
программно-аппаратного интерфейса RS-485 (длина линии связи до
1,5 км) с оптоэлектронной развязкой; режим обмена -
полудуплексный (информация передается в одном направлении) по
двухпроводной линии. В случае отсутствия необходимости подключать
группы удаленных приборов используется интерфейсный канал
RS-232 (длина линии связи до 15 м).
В системах повышенного уровня защищенности
применяются методы защиты от съема информации с линий связи. В
некоторых ССОИ используется метод хаотической
последовательности импульсов (ХПИ), которые подаются в соединительную
линию.
В заключение отметим, что существующая тенденция
повышения гибкости структур ССОИ и появление необходимости их
достаточно простой адаптации под оперативные условия
функционирования разнообразных объектов охраны требуют
применения программно-аппаратных интерфейсов типа RS-232 - для
небольших расстояний и RS-485 - для удаленных приборов и
аппаратуры. В этом случае вопросы унификации программ
решаются проще.
2.4. Варианты структур построения ССОИ,
их достоинства и недостатки
В общем виде структура аппаратных средств ССОИ может
быть условно разделена на три составные части (см. рис. 2.1):
1. Пультовая аппаратура (ПА), в которую входят:
- пульт управления;
- табло оператора.
2. Станционная аппаратура (СА) в составе:
- центрального процессора;
- блоков сопряжения;
- регистрирующих устройств (ЦПУ, принтер и др.);
- системы электропитания.
3. Периферийные блоки (ПБ):
- концентраторы;
- распределительные коробки;
- выносные табло;
- выносные звуковые и световые сигнализаторы;
- кнопки особой тревоги, кнопки обходно-дозорной службы.
Структура различных вариантов построения ССОИ (см.
разд. 2.2 и рис. 2.4) определяется способом связи ее станционной
части с ПБ (рис. 2.13).
На нижеприведенном рисунке показаны возможные способы
соединения станционной части ССОИ с ПБ (см. также разд. 1.5 и
рис. 1.4-1.8): радиальное (лучевое) (а), петлевое (кольцевое) (б),
магистральное (шлейфовое) (в) и древовидное соединение (г).
124
ПБ
ПБ
Станция
ССОИ
ПБ
ПБ
а)
Станция
ССОИ
ПБ
ПБ
Станция
ССОИ
ПВ
ПБ
б)
ПБ - ПБ - ПБ -
ПБ
ПБ
Станция
ССОИ
ПБ
ПБ
I
ПБ
ПБ
ПБ
ПБ
Рис. 2.13. Варианты структур построения ССОИ: а - радиальное (лучевое)
соединение; б - петлевое (кольцевое) соединение; в - магистральное
(шлейфовое) соединениие; г - древовидное соединение
Примечание. Из разд. 1.5 ясно, что структура построения
ССОИ определяется структурой построения ТСОС в целом.
На выбор варианта структуры построения ССОИ в первую
очередь оказывают влияние следующие факторы:
- качественный и количественный состав обслуживаемых СО
иПБ;
- степень централизации управления ССОИ;
- структурные особенности охраняемых объектов;
- стоимостные и надежностные факторы.
Оптимальным следует считать такую структуру построения
ССОИ, для которой при минимальной стоимости аппаратуры,
соединительных линий связи и монтажных работ обеспечиваются
требуемые значения тактико-технических параметров, особенно
надежность и время поиска и устранения неисправности, поскольку
эти параметры непосредственно связаны со способом соединения
составных частей комплексов ТСОС.
Опыт показывает, что для ССОИ с радиальной структурой
неисправности, возникающие в линиях связи, влияют на
работоспособность только отдельного канала сигнализации, что при
соответствующей организации охраны не влияет на качество
функционирования ССОИ.
Работоспособность ССОИ с магистральной структурой в
большой степени определяется нормальным состоянием линий
связи, поскольку возникновение короткого замыкания в линии
полностью нарушает работу ССОИ, а в случае обрыва в рабочем
состоянии остается только та часть ССОИ, с которой поддерживается
связь.
Для ССОИ с петлевой структурой возникновение обрыва
может привести к падению напряжения электропитания в линиях связи
ниже допустимого предела, что приведет к неработоспособности
части концентраторов. Учитывая это обстоятельство, в последнее
время используется резервирование всех соединительных линий
и узлов приемопередатчиков. При этом подача электропитания
и связь с ПБ осуществляется по двум независимым шлейфам, при
выходе из строя одного из них работоспособность ССОИ
поддерживается за счет другого. Однако в этом случае стоимость кабельных
линий и электромонтажных работ увеличивается практически в два
раза.
В качестве канала передачи данных между СА и ПБ в
большинстве современных ССОИ используются проводные (кабельные)
линии связи. В мобильных комплексах ТСОС предусмотрена
возможность организации радиолинии связи между блоками ТСОС.
Во всех случаях применения радиолинии связи необходима подача
автономного электропитания на периферийные блоки, а значит
и на СО.
Возможны два варианта организации электропитания ПБ
в ССОИ с радиоканалами связи:
- от аккумулятора;
- от сети переменного тока.
Для оборудования стационарных объектов первый вариант
неприемлем из-за непродолжительности непрерывной работы
периферийного блока от аккумулятора, который должен обеспечивать
электропитанием периферийный блок с приемо-передатчиком и СО.
Для второго варианта организации электропитания одна из
возможных структурных схем ССОИ с радиальной связью
представлена на рис. 2.14.
126
т
-220 В
т
-220 В
_т
Радиостанция
i
ПБ
Источник
питания
Радиостанция
Станция
ССОИ
Р адио-
станция
ПБ
Источник
питания
-220 В
Рис. 2.14. Структурная схема ССОИ с радиальной связью организации
электропитания от сети переменного тока
Для стационарных комплексов ТСОС такой вариант
построения ССОИ имеет следующие недостатки:
- необходимость подвода силовых кабелей электрической
сети переменного тока непосредственно к каждому ПБ;
- невозможность всего комплекса ТСОС перейти на
электропитание от резервного источника постоянного тока при аварии
в сети переменного тока;
- увеличение габаритов ПБ за счет блоков радиоканала
и преобразователя сетевого напряжения электропитания;
- уязвимость радиолинии связи от посторонних и
принудительных помех без использования специальных помехоустойчивых
методов передачи информации.
В современных линиях передачи информации находят
применение и волоконно-оптические линии связи (ВОЛС), построенные
на основе волоконных световодов. ВОЛС по сравнению с
проводными линиями связи обладают рядом преимуществ, как то:
- высокая скрытность передачи данных;
- высокая скорость (сотни мегагерц) передачи данных;
- высокая помехозащищенность и нечувствительность
к электромагнитному излучению;
- малая масса.
Наиболее дорогими компонентами волоконно-оптических
систем по сравнению с электрическими проводными являются
разъемы, кабели, коммутаторы, ответвители, переключатели.
В связи с этим стоимость оптоэлектронных узлов ССОИ в
настоящее время дороже в 3...5 раз их проводных аналогов. Причем,
так же как и в случае с радиоканалом, в ССОИ с оптоволоконным
каналом обмена данными необходима организация автономного
электропитания каждого ПБ.
По указанным причинам, оптоволоконные линии связи
нецелесообразно использовать в комплексах ССОИ стационарных
объектов.
При выборе оптимальной структурной схемы построения
необходимо учитывать такие требования как время поиска и
устранения неисправностей, надежность линии связи.
Необходимо отметить, что известные способы связи
периферийных блоков и станционной части ССОИ могут быть
использованы и для организации связи средств обнаружения комплекса с
периферийными блоками.
При организации связи ПБ с СО посредством локальной сети
(петлевое, магистральное, древовидное соединения) необходима
разработка специальных блоков сопряжения, устанавливаемых на
каждом СО (включая и простейшие - в виде механических кнопок) и
служащих буфером между локальной сетью и стандартизованными
выходными/входными цепями СО в виде контактов реле питания
проверки.
Стоимость такого устройства может быть соизмерима со
стоимостью некоторых СО и будет превышать выигрыш в
стоимости, получаемый за счет сокращения длины кабелей связи.
Поэтому для стационарных комплексов ТСОС наиболее
предпочтителен вариант радиального соединения СО и ПБ.
Выводы
1. Наиболее распространена классификация ССОИ по
следующим укрупненным признакам:
- назначение;
- структура построения;
- энергообеспечение;
- степень защиты линии сигнализации от обхода;
- обеспечение контроля работоспособности аппаратуры;
- методы отображения информации;
- обеспечение регистрации информации;
- возможность управления внешними устройствами;
- обеспечение возможности информационного обмена с
другими системами (контроля доступа, телевизионного наблюдения
и т.п.) с помощью стандартных интерфейсов.
2. Предложенная классификация позволяет ориентироваться
в огромном разнообразии современных ССОИ. Эти знания дают
возможность оценивать в общем виде достоинства и недостатки
128
практически любой системы, а тактико-технические параметры
конкретной системы, предоставляемые фирмой-производителем,
становятся доступными для понимания широкого круга пользователей.
Рассмотрение основных функций ССОИ дает представление
об основных алгоритмах работы ССОИ и месте ССОИ в составе
ТСОС.
Владение информацией о вариантах структур построения
ССОИ является одной из основ знаний о ССОИ.
3. При выборе аппаратуры ССОИ следует учитывать:
- во-первых, категорию объекта, оснащаемого системой;
- во-вторых, затраты, на которые готов пойти заказчик, для
оборудования объекта;
- в-третьих, уровень подготовленности персонала, которому
предстоит работать с устанавливаемой системой.
4. Ориентировочные стоимостные характеристики ССОИ в
зависимости от количества каналов, функциональных возможностей,
уровня защищенности и т.п. следующие:
- стоимость малоканальных ССОИ колеблется от 20 до 200
долл. США для простейших систем и до 1000...2000 долл. для
систем с широкими функциональными возможностями и высоким
уровнем защищенности;
- стоимость ССОИ средней емкости колеблется от 600 до
нескольких тысяч долларов;
- стоимость ССОИ большой емкости колеблется от
нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч долларов.
Кроме перечисленных выше факторов на стоимость систем
значительное влияние оказывает категория объектов, для охраны
которых предназначена система.
Контрольные вопросы к гл. 2
1. Перечислите укрупненные признаки, по которым принято
классифицировать ССОИ.
2. Перечислите виды ССОИ в зависимости от структурной схемы
построения.
3. Что такое канал сигнализации? Как можно классифицировать
ССОИ с 10, 21, 87 каналами сигнализации?
4. Перечислите виды ССОИ в зависимости от способа подключения
средства обнаружения (СО).
5. Какой признак классификации характеризует степень безопасности
канала сигнализации? Перечислите виды ССОИ в зависимости от этого
признака.
6. Как разделяются ССОИ по способам обеспечения контроля
работоспособности аппаратуры?
7. Как разделяются ССОИ по возможности хранения и
документирования (распечатки) оперативной информации?
8. Перечислите основные функции, выполняемые ССОИ в составе
комплексов ТСО.
9. Каким образом можно представить схему функционирования
ССОИ?
10 Нарисуйте структурную схему, поясняющую принцип контроля
состояния СО и объясните её.
11. Что такое диалог человека и КТСО и для чего он нужен?
12. Перечислите и охарактеризуйте методы отображения
информации, применяемые в ССОИ.
13. Какие события должна регистрировать и запоминать современная
ССОИ, обслуживающая КТСО особо важного объекта?
14. Как можно организовать информационный обмен ССОИ с
подсистемами КТСО или с другими самостоятельными системами специальной
защиты?
15. В каких режимах могут функционировать каналы сигнализации,
предназначенные для охраны особо важных объектов?
16. Как может быть организовано электропитание ПБ в ССОИ с
радиоканалами связи, их достоинства и недостатки?
17. Что такое ВОЛС? Её достоинства и недостатки.
5—3018
Глава 3
РАДИОВОЛНОВЫЕ И РАДИОЛУЧЕВЫЕ
СРЕДСТВА ОБНАРУЖЕНИЯ
3.1. Назначение, виды и основные характеристики
радиоволновых и радиолучевых средств обнаружения
Радиоволновые (РВСО) и радиолучевые (РЛСО) средства
обнаружения получили широкое распространение при защите
периметров объектов и организации скрытых или маскируемых рубежей
охраны в помещениях.
Различие между радиоволновыми и радиолучевыми
средствами обнаружения состоит в способе формирования чувствительной
зоны СО: РВСО использует ближнюю зону распространения
радиоволн (менее 10Х); РЛСО -дальнюю зону, т.е. более 100 X.
Чувствительная зона СО (или зона чувствительности) - это
участок или объект, появление в котором объекта обнаружения
(чаще всего это человек-нарушитель) вызывает возникновение
полезного сигнала с уровнем, превышающим уровень шума или
помехи.
Внутри зоны чувствительности располагается зона отчуждения
- это зона, появление в которой людей, техники или других
объектов обнаружения может привести к превышению полезным сигналом
порогового значения и выдаче СО сигнала "Тревога".
Внутри зоны отчуждения располагается зона обнаружения СО
- зона, где СО обеспечивает заданную (описанную в паспорте на
изделие) вероятность обнаружения Роб„.
Вероятность обнаружения - это вероятность того, что СО
выдаст обязательно сигнал "Тревога" (как правило, это замыкание
или переключение сухих контактов реле) при пересечении или
вторжении в зону обнаружения (30) нарушителя (иногда применяется
термин "объекта обнаружения"), в условиях и способами,
оговоренными в нормативной документации. Как правило, зарубежные
фирмы указывают в качестве вероятности обнаружения СО
несмещенную оценку вероятности обнаружения:
N -М-1
р _ исп
обн. N '
исП
131
где N^n - число испытаний по преодолению зоны обнаружения СО;
М - число пропусков нарушителя (экспериментов, в которых не
сработало СО).
Например, если при пересечении 30 в количестве 100 раз не
было пропусков нарушителя, т.е. СО выдало 100 раз сигнал
"Тревога", то про это СО можно сказать, что его вероятность обнаружения
составляет 0,99 (не 1 потому, что это несмещенная оценка
математического ожидания вероятности обнаружения нарушителя).
В отечественной практике под вероятностью обнаружения, как
правило, понимается нижняя граница доверительного интервала,
в котором с доверительной вероятностью (как правило, от 0,8 до
0,95) лежит истинное значение вероятности обнаружения.
То есть под вероятностью обнаружения понимается величина
ч2
обм
1 +
N
исп
где Р* - среднее частотное значение вероятности обнаружения,
определяемое выражением
1*исп
ty - коэффициент Стьюдента для данного числа испытаний N^
и выбранной доверительной вероятности.
"Полезным" называют сигнал, возникающий на выходе
чувствительного элемента при преодолении или вторжении в зону
обнаружения нарушителя (при отсутствии возмущающих факторов
любой природы, не связанных с вторжением или преодолением
нарушителем зоны обнаружения).
Другим важным параметром СО является частота ложных
срабатываний NTC, определяемая выражением:
где Тлс - время (период) наработки на ложное срабатывание.
Доверительный интервал для оценки средней наработки на
ложное срабатывание задается граничными значениями Ti и Т2,
определяемыми из соотношений:
132
Т N Т N
-г _ исп . т исп
где Тисп - продолжительность испытаний; N - число испытываемых
образцов; Х, - нижняя оценка параметра распределения Пуассона;
>.2 - верхняя оценка параметра распределения Пуассона.
Помеховым сигналом (далее по тексту именуемым помехой)
называется зависимость электрической величины (напряжения или
тока) от времени на выходе ЧЭ СО при воздействии на него
возмущающих факторов любой природы, не связанных с вторжением или
преодолением объектами обнаружения зоны обнаружения.
Возмущающим воздействием называется воздействие на ЧЭ
СО, являющееся причиной возникновения помехи или искажающее
форму полезного сигнала.
Примером возмущающего воздействия могут служить: порыв
ветра, снег, дождь; кошки, собаки, перемещающиеся в
чувствительной зоне (43); транспорт, перемещающийся вблизи 43, и др.
Флюктуационной помехой называют помеху, являющуюся
непрерывным случайным процессом, описываемым своими
многомерными функциями распределения [136, 159].
Импульсной помехой называют помеху, представляющую
собой случайную последовательность импульсов, описываемую
моментами появления импульсов и их видом.
Причиной пропуска полезного сигнала является маскирующее
действие помехи, полностью или частично компенсирующей
полезный сигнал, либо отсутствие в полезном сигнале характерных
признаков, позволяющих отличить его от помехового сигнала, что
приводит к несрабатыванию СО.
При определении вероятности обнаружения СО, выпускаемых
в больших объемах, могут применяться методики, использующие
кроме доверительного интервала и доверительной вероятности риск
заказчика и риск изготовителя. Например, по отечественной
методике аналогичное СО будет иметь вероятность обнаружения не более
0,9 (в иностранной печати наиболее характерен подход к анализу
проблем риска, изложенный в книге М. Гарсия. Проектирование
и оценка систем физической защиты./ Пер. с англ.; под ред. Р.Г. Ма-
гауенова. - М.: Мир, 2002.).
В зависимости от принципа действия различают активные или
пассивные РВСО и РЛСО.
Пассивные РВСО и РЛСО используют собственное излучение
объекта обнаружения или вызываемое им изменение
электромагнитных полей (ЭМП) внешних источников (как правило, вещательных
теле- и радиостанций).
133
Активные РВСО и РЛСО используют собственный источник
ЭМП для формирования чувствительной зоны (43).
Различают одно- и двухпозиционные РВСО и РЛСО:
- однопозиционные имеют общий блок приемопередатчика
(пассивные РВСО и РЛСО всегда являются однопозиционными);
- двухпозиционные имеют разнесенные блоки передатчика
и приемника.
Пассивные РЛСО применяются для обнаружения
нарушителей, имеющих собственное электромагнитное излучение (например,
человека-нарушителя, имеющего на руках какое-либо
электрооборудование, возможно также излучение используемого им
микроробота или малоразмерного летательного аппарата).
Форма чувствительной зоны для пассивных РВСО
определяется формой диаграммы направленности антенны. В первом случае
она, как правило, круговая, а используемый диапазон лежит в
пределах 10 Гц ...10 ГГц. Во втором случае, как правило,
чувствительная зона имеет лучевую форму (в горизонтальном сечении луча -
эллипс) и используются метровый и дециметровый диапазоны.
Активные однопозиционные РЛСО включают в себя:
- однопозиционную РЛС;
- нелинейный радиолокатор;
- однопозиционное микроволновое СО.
Однопозиционные РЛС метрового, дециметрового,
сантиметрового и миллиметрового диапазонов применяются для контроля
территории, прилегающей к особо важным объектам, охраны
береговой полосы, прибрежной зоны и ближней разведки в условиях
боевых действий. Различают стационарные, мобильные
(установленные на автомобиле или БТР) и носимые РЛСО (РЛС) [73].
Нелинейный радиолокатор использует широкополосный
сигнал специальной формы и предназначен для обнаружения человека
за неподвижными физическими преградами и укрытиями
(деревянными, кирпичными и железобетонными стенами, перекрытиями
и т.п.).
Однопозиционные микроволновые СО используют для
временного блокирования разрывов в заграждении, охраны объемов
неотапливаемых помещений, входов в охраняемые здания, для
перекрытия "мертвых зон" радиолучевых рубежей охраны периметров,
организации скрытых рубежей блокирования в охраняемых
помещениях.
Примечание: "Мертвой зоной" называется пространство между
СО и 30 или разрывы в 30, где вероятность обнаружения меньше
заданной.
134
Данные СО работают в дециметровом, сантиметровом и
миллиметровом диапазонах. Для обнаружения используется изменение
расположения стоячих волн в охраняемом объеме при появлении
объекта обнаружения, либо проявление эффекта Доплера при
движении объекта обнаружения.
Двухпозиционные РЛСО работают в дециметровом,
сантиметровом и миллиметровом диапазонах и используются для
блокирования периметров объектов, мест временного расположения
войсковых подразделений, грузов и т.п. Полезный сигнал формируется за
счет изменения объектом обнаружения (нарушителем) сигнала
связи на входе приемника.
Двухпозиционные РВСО работают в декаметровом, метровом
и дециметровом диапазонах длин волн и используются для
блокирования периметров объектов и организации скрытых рубежей
охраны. В качестве антенных систем здесь применяются радиоизлу-
чающие (РИ) кабели, другое название - линия вытекающей волны
(ЛВВ), а также кусочно-ломаные двух- и однопроводные линии
(другое название - линия Губо).
В данную классификацию не вошли некоторые СО,
являющиеся комбинацией нескольких СО, и еще только разрабатываемые
РЛСО с синтезированной апертурой.
3.2. Передатчик, антенная система и приемник как блок
формирования полезного сигнала
Пусть имеется РЛСО с антенной системой, состоящей из двух
одинаковых антенн (рис. 3.1,а,б) с размерами DB по вертикали и Dr
по горизонтали, установленных на высоте НА от поверхности земли
параллельно забору на расстоянии А от него и на расстоянии L друг
от друга. Диаграмма направленности антенны определяется углами
9 в 12 и 0Г в вертикальной и горизонтальной плоскостях
соответственно.
При этом возможны следующие случаи:
- антенную систему можно рассматривать как состоящую из
точечных антенн, если выполняются условия:
2D2 L 2Dl L
—^<- и —£-<-;
Я 2 Я 2
- антенную систему необходимо рассматривать как имеющую
конечный размер, если приведенные выше условия не выполняются.
135
а)
б)
Рис. 3.1. Двухпозиционное радиолучевое СО
Примечание. Рис. 3.1,а,б можно было бы изобразить в виде
одного в проекционной связи, однако это ухудшает наглядность.
Мощность, излучаемая передающей антенной РИзл, связана
с мощностью, наводимой в приемной антенне РПр, при
расположении антенн в свободном пространстве выражением [98]:
р =
изп
где X - длина волны РЛСО; Gx - коэффициент усиления антенны.
Влияние подстилающей поверхности на работу РЛСО
показано на рис. 3.2.
136
При увеличении расстояния L между антеннами принимаемый
сигнал имеет колебательный характер и затухает (см. рис.3.2,а). При
увеличении высоты подвеса антенн НА принимаемый сигнал имеет
колебательный характер и возрастает, стремясь к значению
принимаемого сигнала для свободного пространства (см. рис.3.2,б).
Аналогичная картина наблюдается и при увеличении расстояния А до
протяженного предмета - забора, стены (см. рис.3.2,в).
а) б) ■- в)
Рис. 3.2. Влияние подстилающей поверхности на работу РЛСО
Известно, что при распространении радиоволн от передающей
к приемной антенне образуется сложная интерференционная
картина. Для большинства РЛСО и большой протяженности зоны
обнаружения справедливо условие дифракции Френеля.
Известно также, что область ВЧ-рассеяния (D » А) по
отношению характерного размера объекта D к радиусу первой зоны
Френеля Ri подразделяется следующим образом:
— »1 ~ условие геометрической оптики;
— »1 - условие дифракции Френеля;
Я,
R
- условие дифракции Фраунгофера.
Процесс сигналообразования в РЛСО происходит следующим
образом. Человек - нарушитель при движении поперек участка
последовательно перекрывает зоны Френеля (рис. 3.3).
При этом человек с высокой степенью точности моделируется
при перемещении в "рост" и "ползком" прямоугольником с
габаритами человека (рис. 3.3,а), при перемещении "согнувшись" - двумя
прямоугольниками. Радиус m-ой зоны Френеля
137
a)
. Л
л _
V
б)
Рис. 3.3. Процесс сигналообразования в РЛСО:
а - зоны Френеля, б - сигнал на входе приемника
R = m-L-2-
m \ r. + r
Л,
а наибольший радиус зоны Френеля, определяющий ширину зоны
обнаружения, составляет
R = 0,5лДГ.
max
Соответственно, отношение — выражается через расстояние
Ri
от точечного источника электромагнитного поля до объекта п,
расстояние от объекта до точки наблюдения (приемника) г2 и длину
волны Я следующей формулой:
D
Основные параметры человека, влияющие на параметры
полезного сигнала, показаны на рис. 3.4.
Чтобы уменьшить мертвую зону при обнаружении ползущего
человека, необходимо устанавливать большую антенну (DB s 1,5 м).
В соответствии с размерами животных, обитающих на данном
объекте, и их возможными путями продвижения определяется
уровень помеховых импульсных сигналов.
Другой тип помехи - от подстилающей поверхности. Общие
требования к РЛСО по подстилающей - поверхности следующие:
- неравномерность поверхности не более 20 см;
- трава и снежный покров - свыше 30 см.
Полоса частот полезного сигнала определяется минимальной
и максимальной шириной зоны (участка) чувствительности, а также
138
Рис. З.4. Основные параметры человека, влияющие на параметры
полезного сигнала
минимальной и максимальной скоростью передвижения
нарушителя. Соответственно для конкретного средства обнаружения при
уменьшении длины участка блокирования возможно обнаружение
более медленно движущегося нарушителя.
Для обеспечения совместной работы нескольких средств
применяется амплитудная модуляция зондирующего сигнала разными
частотами. Временное разделение, требующее взаимной
синхронизации, применяется редко.
Для уменьшения влияния изменений состояния подстилающей
поверхности на уровень полезного сигнала в РЛСО применяются
АРУ или логарифмический усилитель.
В современных РЛСО, использующих цифровые методы
обработки, как правило, имеется возможность настройки на длину
блокируемого участка и максимальную и минимальную скорость
движения нарушителя.
3.3. О двух подходах к построению РВСО
РВСО строятся на основе одно- или двухпроводных линий
и радиоизлучающих кабелей (линии вытекающей волны - ЛВВ).
Одно- и двухпроводные линии применяются в контактных средствах
(обнаружение контакта с двухпроводной линией) при блокировании
верха заграждения. Характеристики проводной линии очень сильно
зависят от состояния подстилающей поверхности.
Для всех РВСО характерна неравномерность
чувствительности вдоль рубежа охраны. Для ее выравнивания в двухпроводных
линиях применяется изменение начальных условий формирования
стоячих волн в линиях.
Для компенсации неравномерности чувствительной зоны
РВСО были предложены и применяются различные методы, как-то:
- зондирование ЛВВ радио- и видеоимпульсами;
- зондирование ЛВВ сигналом с линейно-частотной
модуляцией (ЛЧМ);
- зондирование ЛВВ многочастотным сигналом, в том числе
с переключением частот;
- переключение нагрузки кабелей;
- переключение передающего и приемного кабелей;
- использование двух приемных кабелей, разнесенных на
местности.
Существующие РВСО ЛВВ и применяющиеся в них методы
выравнивания чувствительности можно разделить на две группы:
1. РВСО ЛВВ с односторонним включением передатчика
и приемника (рис.3.5,а). Для выравнивания чувствительности
применяются импульсные зондирующие сигналы (видео- и
радиоимпульсы, сигналы с линейно-частотной модуляцией), при этом
неравномерность чувствительности уменьшается за счет разбиения 43 на
элементарные участки малой длины.
2. РВСО ЛВВ со встречным включением передатчика и
приемника (рис. 3.5,6). Неравномерность чувствительности уменьшается
за счет многоканальной обработки сигналов. Для формирования
двух и более реализаций ФЧ используются различные способы: два
разнесенных приемных кабеля, переключение нагрузки кабелей,
переключение передающего и приемного кабелей, многочастотные
зондирующие сигналы и т.д.
Рассмотрим первую группу способов. Использование
радиоимпульсов с частотой заполнения около 60 МГц (частота наилучшего
контраста) позволяет получить элементарные участки длиной около
30 м, что не обеспечивает компенсацию низкочастотной и
высокочастотной гармоник для всех типов фунтов. Данное средство
применяется для блокирования рубежей в пустынных и полупустынных
районах США, Канады и Израиля, где период низкочастотной
пространственной гармоники более или менее соизмерим с величиной
элементарного участка.
Можно доказать, что при использовании большого числа
зондирующих частот (от 21 до 200) в диапазоне 30...90 МГц возможна
компенсация неравномерности чувствительности до уровня 2...3 дБ.
В литературе описано большое число эмпирических алгоритмов
140
Передатчик
Приемник
Соединительные кабели
Излучающие кабели
Нагрузка
Нагрузка
а)
Соединительные кабели
Излучающие кабели
Нагрузка
Приемник
б)
Рис. 3.5. Структурная схема РВСО ЛВВ с односторонним (а) и встречным (б)
включением передатчика и приемника
Передающая линия
ПРД
ПРМ
Приемная линия
Рис. 3.6. Структурная схема зоны обнаружения.
обнаружения: с логической обработкой каналов по схеме М из N,
с перемножением текущих значений сигналов, с суммированием
квадратов текущих значений сигнала и т.д. Показано, что
многочастотные методы (метод анализа АЧХ системы передающий -
приемный кабели) позволяют не только получить высокую (2...3 дБ)
равномерность чувствительности по длине рубежа, но и при
необходимости разработать алгоритм управления формой 43 РВСО ЛВВ,
например, получать 43 шириной от 1 до 8 м.
141
Зону обнаружения, показанную на рис. 3.6 можно представить
в виде четырехполюсника, эквивалентная электрическая схема
которого приведена на рис. 3.7.
г
Zh
Рис. 3.7. Эквивалентная схема четырехполюсника:
Zi - волновое сопротивление передающего кабеля (линии);
Z2- волновое сопротивление приемного кабеля (линии);
Zc - сопротивление связи (Yc - проводимость связи);
ZH - сопротивление нагрузки (входное сопротивление
приемника).
Рассмотрим коэффициент передачи (Ки) четырехполюсника по
напряжению. Для внутренних (см. рис. 3.7) токов и напряжений при
определении Ки лучше воспользоваться параметрами
четырехполюсника типа А, для которого
К =^ = ^ , Z" (3.1)
где а = —L отношение напряжении при разомкнутых выходных
контактах четырехполюсника (/ = 0);
А = — - величина, обратная передаточной проводимости при зако-
'г
роченных выходных зажимах (U = 0);
Ку= ^ . (3.3)
ZCZH + Z2ZH + ZCZ2
При согласованной нагрузке ZH=Z =Z Тогда, подставив
значения Zu и Z в (3.3), получим:
п 2
142
Для рассматриваемых случаев, когда Zc » Zw (на практике
разница превышает 108), слагаемым Zw в знаменателе можно пренебречь.
Тогда получаем:
к — w
u ~ 2ZC
Для излучающего кабеля Zw = const, поэтому все изменения
коэффициента передачи будут зависеть от изменения
сопротивления связи Z .
Рассмотрим изменения передаточной проводимости среды
в поперечном разрезе схемы зоны взаимодействия ЛВВ, показанном
на рис. 3.8.
Так как приемная и передающая линии располагаются по
разные стороны границы раздела земля/воздух, то сопротивление связи
можно разбить на две составляющие: Z - сопротивление связи
воздушного пространства и Zp - сопротивление связи грунта. Тогда
Сопротивление связи грунта можно представить как
Zr=Zr0Gr (3.6)
где Z = const G - коэффициент, зависящий от типа грунта и его
влажности (с изменением влажности меняются электрические
параметры грунта - диэлектрическая проницаемость и удельная
электрическая проводимость).
1
Zb
Рис. 3.8. Схема поперечного разреза зоны взаимодействия ЛВВ
при расположении одного кабеля в воздухе, другого в земле:
1 - передающий кабель (входной зажим);
2 - приемный кабель (выходной зажим).
143^
Из выражений (3.5) и (3.6) имеем
При попадании нарушителя в зону взаимодействия ЛВВ
возникает неоднородность, которая меняет сопротивление связи Z .
Причем, если неоднородность появляется в воздушном
пространстве, то меняется сопротивление ZB, а сопротивление Zf при этом
остается неизменным:
2= Z + SZ = Z +mZ ,
в в в в в
где m - коэффициент модуляции сопротивления связи воздушного
пространства. Отсюда Z =Z + Z=Z+ZG+mZ.
rr с в г в ГО г в
Для излучающих кабелей коэффициент модуляции входного
сигнала М будет пропорционален коэффициенту модуляции
сопротивления связи:
Как показал анализ других вариантов взаимного расположения
кабелей, рассмотренный выше вариант обладает рядом
преимуществ:
- меньшая зависимость от состояния грунта;
- большее отношение сигнал/помеха.
Анализ поля излучающего кабеля показывает наличие двух
волн, распространявшихся с разными фазовыми скоростями внутри
кабеля и по внешней поверхности кабеля. Более точное решение
показало, что кроме указанных двух типов волн должны
присутствовать и другие пространственные компоненты.
Если провести подробный анализ продольной и поперечной
составляющих напряженности электрического поля вдоль кабеля, то
краткое резюме из него сведется к следующему.
Составляющие электромагнитного поля излучающего кабеля
во внешней среде содержат несколько компонентов, отличающихся
коэффициентом распространения или фазовой скоростью.
Основной пространственный компонент поля обусловлен
внутренней Т-волной (электромагнитная волна, у которой векторы
электрического и магнитного полей взаимно перпендикулярны
и перпендикулярны направлению распространения; другое название
144
этой волны - поперечная), вытекающей через щели. Этот
компонент, выражаемый множителем f = e~J , не зависит от
электрических свойств среды (сказанное, очевидно, не относится к
зависимости амплитуды данной волны от радиальной координаты).
Второй компонент, выраженный в виде ■
-j(Z-2md)h
f2 = e P,
является аналитическим представлением поверхностной волны.
Третий компонент
является аналитическим представлением пространственной волны.
Ее фазовая скорость определяется электрическими параметрами
диэлектрической оболочки кабеля.
Четвертый компонент
f =e-j(Z-2md)fl2
является пространственной волной и ее фазовая скорость
полностью определяется электрическими параметрами внешней среды.
Величины в приведенных выражениях f обозначают:
m - коэффициент модуляции сопротивления связи воздушного
пространства;
d - шаг перфорации внешнего электрода кабеля;
k - const;
Z - координата пересечения рубежа охраны (в установленной
относительно длины кабеля системе координат);
hp, Pi, P2 - коэффициенты фазы.
Суммарное продольное электрическое поле кабеля
представляет собой сумму биений основного компонента со вторым, третьим и
четвертым компонентами. Результирующее поле должно иметь
довольно сложный характер. Первым недостатком этой модели
излучающей структуры является то, что в результирующем выражении для
продольной составляющей напряженности электрического поля
отсутствует дискретный спектр пространственных гармоник (волны Флоке),
обусловленный дискретным распределением излучающих щелей.
Кроме того, из полученного выражения можно сделать
неверный вывод о том, что продольное распределение основной
гармоники не зависит от координаты Z. Вместе с тем, эта модель точнее
других отражает распределение поля вдоль излучающего кабеля и
позволяет объяснить появление второй пространственной
гармоники в функции неравномерности чувствительности СО. Однако полу-
чить значения амплитуд и коэффициентов затухания
пространственных гармоник теоретическим путем до настоящего времени не
удалось. Также неизвестна зависимость убывания амплитуд
гармоник в радиальном направлении, что не позволяет сделать вывод
о значении коэффициента передачи системы передающий -
приемный кабели при ее расположении в различных средах.
Приведенные в литературе результаты экспериментальных
исследований показывают, что неравномерность распределения
поля вдоль излучающего кабеля может достигать 50 дБ.
При использовании режимов короткозамкнутой нагрузки или
холостого хода, а также неполном согласовании нагрузки с
волновым сопротивлением кабеля следует учитывать и встречный поток
энергии, создаваемой отраженной волной. Накладываясь друг на
друга, прямая и отраженные волны будут также создавать стоячую
волну и результирующая картина поля вдоль кабеля еще более
усложнится. Если учитывать только отражение от несогласованной
нагрузки и пренебрегать затуханием волны вдоль кабеля, то
результирующая напряженность поля вдоль кабеля может быть
представлена в виде суммы прямой i^z) и отраженной U0^z) волн.
При этом прямая и отраженная волны определяются
выражениями:
Un (Z) = Acos(pZ) + Б cos(£Z) + Ccos(/?2Z) + Dcos(/?.Z),
Uqt (Z) = p[Acos(-y3Z) + Bcos(-£Z) + Ccos(-/?2Z) + Dcos(-/?3Z)],
где A, B, C, D - амплитуды пространственных волн; Д Д Д В -
коэффициенты распространения волн; р - коэффициент отражения.
Принимая во внимание четность косинусоидальной функции,
продольное распределение результирующего поля кабеля можно
выразить в виде:
U(Z) = (1 + p)[Acos{/3Z) + Bcos(AZ) + Ccos(/?2Z) + Dcos(/?3)].
На основании изложенного можно утверждать:
- результирующая картина поля вдоль излучающего кабеля
является суперпозицией по меньшей мере четырех типов волн;
- неравномерность напряженности поля вдоль кабеля
составляет в одночастотном режиме до 40 дБ;
- подстилающая поверхность (трава, снег и т.д.) оказывает
определённое влияние на распределение поля и коэффициент связи
между кабелями.
Вместе с тем следует отметить, что практический интерес
представляет комплексный коэффициент передачи системы пере-
146
дающий - приемный кабели и его изменения при проходе человека.
Теоретическим путем получить такую зависимость до настоящего
времени не удалось. Поэтому построена модель функции
чувствительности (ФЧ) РВСО ЛВВ. Под ФЧ подразумевается зависимость
максимальной амплитуды полезного сигнала при проходе человека
через чувствительную зону РВСО ЛВВ от координаты места
пересечения рубежа и частоты зондирующего сигнала, т.е. ФЧ = F (Z, f), где
Z - координата пересечения рубежа, f - частота зондирующего
сигнала.
Определить ФЧ можно двумя принципиально разными
способами:
- во-первых, посредством параллельных проходов
чувствительной зоны с интервалом 0,7... 1 м. Величина интервала
определяется габаритами и точностью движения человека поперек (под
углом 90°) к линии кабеля;
- во-вторых, выполняется один проход вдоль линии кабеля,
непосредственно под излучающим кабелем. Проведение
многократных поперечных проходов одного человека через 0,7 м на участке
длиной 125 м - чрезвычайно трудоемкое дело. В самом деле,
измерение значений ФЧ в 179 точках потребует проведения от 4500 до
6000 пересечений рубежа (например, для обеспечения 10%-й
относительной погрешности с доверительной вероятностью 0,9 в
зависимости от конкретного значения ФЧ в данной точке на ней может
потребоваться до 100 пересечений). За время проведения такой
серии экспериментов (75... 100 рабочих часов) из-за влияния климато-
метеорологических факторов значения параметров сигналов
существенно изменятся, что обесценит результаты проделанной работы.
Для другого способа неточность траектории передвижения
человека вдоль кабеля и, в равной мере, невозможность точного
определения линии закладки приемного кабеля могут привести к
значительным систематическим ошибкам в определении ФЧ при
продольном проходе. Поэтому для постановки эксперимента была
разработана и обоснована методика проведения записи сигналов при
продольном проходе (доказана адекватность продольного и
поперечного проходов для одного и того же места линии).
Визуальный анализ пространственного спектра Фурье ФЧ
показывает наличие двух ярко выраженных гармонических
составляющих с периодами 14...17 и 1,5...2,5 м, характерных для любых
частот зондирующего сигнала. Возникает важный вопрос: являются
ли обнаруженные пространственные гармоники одинаковыми для
всех частот сигнала? Если пространственные частоты не одинаковы,
то можно компенсировать неоднородности за счет использования
нескольких специально подобранных зондирующих частот.
147^
Таким образом, можно сделать вывод о том, что ФЧ
описывается выражением вида:
<t>4(f,Z) = a sin (ah. + <p) + b sin (/3fz + ц>),
где а и b - постоянные, определяющие амплитуды
пространственных гармоник; f - частота зондирующего сигнала; аир-
коэффициенты, определяющие зависимость периода пространственной
гармоники от частоты зондирующего сигнала; <р и 4* - постоянные,
определяющие взаимное расположение пространственных гармоник.
Важной задачей является оценка значений приведенных выше
коэффициентов, их зависимости от состояния подстилающей
поверхности и скорость изменения.
Полученные данные о значении периодов пространственных
гармоник 14... 17 и 1,5...2,5 м относятся к мокрому торфяному грунту
(весенний период, сопровождающийся таянием снега). При
подсыхании грунта значения периодов пространственных частот
увеличиваются на 10... 15%. С учетом того, что мокрый торфяник имеет
наибольшую диэлектрическую проницаемость по сравнению с другими
грунтами (кроме морского льда), можно предположить, что
полученные значения периодов пространственных частот являются нижними
пределами их изменений.
Более подробный анализ применения ФЧ для создания РВСО
излагается в специальной литературе.
Выводы
1. Основными характеристиками РВСО и РЛСО являются:
вероятность обнаружения;
- средний период наработки на ложное срабатывание;
- зона обнаружения СО;
- зона отчуждения СО;
- чувствительная зона СО;
- диапазон рабочих частот СО.
2. Процесс сигналообразования в РВСО и РЛСО определяется
взаимодействием человека-нарушителя с ЭМП.
3. Наиболее частый случай распределения ЭМП для РЛСО -
зоны (дифракция) Френеля.
4. Выделяются четыре способа движения человека по земле:
в рост; согнувшись; на коленях; ползком.
5. Для построения РВСО используются одно- или
двухпроводные линии или радиоизлучающие кабели.
6. Различают РВСО со встречным и односторонним
включением передатчика и приемника.
148
Контрольные вопросы к гл. 3
1. Что такое РЛСО? Какова модель сигналообразования в РЛСО?
2. Что такое РВСО? Какова модель сигналообразования в РВСО?
3. Назовите и расскажите о причинах возникновения
неравномерности чувствительности в РВСО.
4. Назовите и расскажите о методах компенсации неравномерности
чувствительности в РВСО.
5. Какие параметры человека-нарушителя воспринимают РВСО
и РЛСО? Дайте характеристику этих параметров.
6. Расскажите о подходах к классификации РВСО. Приведите
примеры классификации.
7. Расскажите о подходах к классификации РЛСО. Приведите
примеры классификации.
8. Какие способы передвижения человека-нарушителя выделяются
для анализа в РЛСО и РВСО?
Гл а в а4
ОПТИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ОБНАРУЖЕНИЯ
4.1. Назначение, классификация и основные
характеристики оптических средств обнаружения
Напомним, что средство обнаружения (СО) - это
конструктивно завершенное устройство, реализующее рецепторную функцию
(получение информации о состоянии внешней среды в зоне
обнаружения), а также функции обработки и распознавания первичной
информации. Функция обработки первичной информации заключается
в выделении характерных для нарушителя признаков сигналов,
изменяющих состояние внешней среды. Распознавание первичной
информации представляет собой проверку соответствия
выделенных сигналов заданным критериям и принятия решения о характере
сигналов. СО не имеет самостоятельного применения, так как не
реализует функцию отображения информации, но при этом СО
является важной и неотъемлемой составной частью комплекса
технических средств охранной сигнализации. В отдельных случаях СО
может применяться для выдачи управляющих сигналов и команд на
различные устройства (телекамеры, магнитофоны, средства
тревожного оповещения).
Оптические СО получили широкое распространение и
являются одними из основных средств сигнализации для защиты объемов
помещений, проходов, коридоров, периметров. Десятки фирм многих
стран мира производят сотни модификаций этих приборов, общий
выпуск которых по оценкам западных экспертов ежегодно
превышает миллион экземпляров [125].
Пассивные инфракрасные СО (ИКСО) являются в последнее
время одним из наиболее распространенных видов СО,
используемых при охране помещений. Это обусловлено тем, что современные
пассивные ИКСО обладают высокими показателями обнаружения
и помехоустойчивости, широким разнообразием конфигураций зон
обнаружения (объемные, линейные, поверхностные), удобны в
эксплуатации, экономичны, экологически безопасны и не создают помех
другим средствам электронной техники. ИКСО дешевле других
средств, предназначенных для блокирования помещений
(микроволновых, ультразвуковых и т.д.).
150
Принцип действия ИКСО основан на регистрации
собственного теплового излучения нарушителя (пассивные ИКСО) или
изменения ИК-излучения при взаимодействии его с нарушителем (активные
ИКСО).
По своему функциональному назначению ИКСО можно
разделить на две группы:
- ИКСО, предназначенные для охраны протяженных рубежей и
периметров;
- ИКСО, предназначенные для охраны помещений и
отдельных предметов.
В свою очередь по принципу работы и структуре ИКСО
подразделяются на активные (одно- и многопозиционные) и пассивные.
Активные ИКСО чаще применяются для охраны протяженных
рубежей и периметров; для охраны помещений и отдельных
предметов предпочтение отдается пассивным ИКСО.
Современные пассивные ИКСО характеризуются большим
разнообразием возможных форм диаграмм направленности. Зона
чувствительности ИКСО представляет собой набор лучей различной
конфигурации, расходящихся от СО по радиальным направлениям в
одной или нескольких плоскостях. В связи с тем, что в ИКСО
используются сдвоенные пироприемники, каждый луч в горизонтальной
плоскости расщепляется на два. Пироприемник ИК-излучений - это
прибор, измеряющий тепловое излучение (тепловоой поток, Вт/м2).
Однако для повышения вероятности правильного определения
факта нарушения охраняемой зоны с помощью ИКСО измеряются
дифференциальные величины - разности показателей пироприемников,
применяемых в ИКСО (см. подробнее раздел 4.3).
На рис.4.1 представлены графические модели различных
вариантов зон чувствительности ИКСО:
- одного или нескольких узких лучей, сосредоточенных в
малом угле;
- нескольких узких лучей в вертикальной плоскости (лучевой
барьер);
- одного широкого в вертикальной плоскости луча (сплошной
занавес) или в виде многовеерного занавеса;
- нескольких узких лучей в горизонтальной или наклонной
плоскости (поверхностная одноярусная зона);
- нескольких узких лучей в нескольких наклонных плоскостях
(объемная многоярусная зона).
При этом можно изменять протяженность зоны
чувствительности от 1 до 50 м, угол обзора - от 3 до 180° (для потолочных ИКСО -
до 360°), угол наклона каждого луча - от 0 до 90°, число лучей может
составлять от одного до нескольких десятков. Многообразие и слож-
151
Сплошной
занавес
Многовеерный
занавес
Вид сверху
Поверхностная зона
Вид сверху
Вид сверху
Вид сбоку
Длинный луч
Вид сверху
Вид сбоку
Лучевой барьер Объемная зона
Рис. 4.1. Варианты зон чувствительности СО
ная конфигурация форм зоны чувствительности обусловлены в
первую очередь следующими факторами:
- стремлением разработчиков обеспечить универсальность
при оборудовании различных по конфигурации помещений -
небольшие комнаты, длинные коридоры, формирование зоны
чувствительности специальной формы, например, с зоной
нечувствительности (аллеей) для домашних животных вблизи пола, и т.п.;
- необходимостью обеспечения равномерной по охраняемому
объему чувствительности.
На требовании равномерной чувствительности целесообразно
152
остановиться подробнее. Сигнал на выходе пироприемника при
прочих равных условиях тем больше, чем больше степень перекрытия
нарушителем зоны чувствительности детектора и чем меньше
ширина луча и расстояние до СО. Для обнаружения нарушителя на
большом (10...20 м) расстоянии желательно, чтобы в вертикальной
плоскости ширина луча не превышала 5... 10° - в этом случае
человек практически полностью перекрывает луч, что обеспечивает
максимальную чувствительность. На меньших расстояниях
чувствительность детектора в этом луче существенно возрастает, что может
привести к ложным срабатываниям, например, от мелких животных.
Для уменьшения неравномерности чувствительности используются
оптические системы, формирующие несколько наклонных лучей.
ИКСО при этом устанавливают на высоте выше человеческого
роста. Общая длина зоны чувствительности тем самым разделяется на
несколько зон, причем "ближние" к детектору лучи для снижения
чувствительности делаются обычно более широкими. За счет этого
обеспечивается практически постоянная чувствительность по
расстоянию, что, с одной стороны, способствует уменьшению ложных
срабатываний, а с другой стороны, повышает вероятность
обнаружения за счет устранения "мертвых зон" вблизи СО [12].
При построении оптических систем ИКСО могут использоваться:
- линзы Френеля - фасеточные (сегментированные) линзы,
представляющие собой пластиковую пластину с отштампованными
на ней несколькими призматическими линзами-сегментами;
- зеркальная оптика - в СО устанавливаются несколько зеркал
специальной формы, фокусирующих тепловое излучение на пиро-
приемник;
- комбинированная оптика, использующая и зеркала, и линзы
Френеля.
В большинстве ИКСО используются линзы Френеля. К их
достоинствам относятся:
- простота конструкции СО на их основе;
- низкая стоимость;
- возможность использования одного СО в различных
приложениях при использовании сменных линз.
Обычно каждый сегмент линзы Френеля формирует свой луч
диаграммы направленности. Использование современных
технологий изготовления линз позволяет обеспечить практически
постоянную чувствительность СО по всем лучам за счет подбора и
оптимизации параметров каждой линзы-сегмента: площади сегмента, угла
наклона и расстояния до пироприемника, прозрачности,
отражающей способности, степени дефокусировки. В последнее время
освоена технология изготовления линз Френеля со сложной точной
153
геометрией, что дает 30%-е увеличение собираемой энергии по
сравнению со стандартными линзами и, соответственно, увеличение
уровня полезного сигнала от человека на больших расстояниях.
Материал, из которого изготавливаются современные линзы,
обеспечивает защиту пироприемника от белого света. К
неудовлетворительной работе ИКСО могут привести такие эффекты как тепловые
потоки, являющиеся результатом нагревания электрических компонентов
СО, попадания насекомых на чувствительные пироприемники,
возможные переотражения инфракрасного излучения от внутренних
частей СО. Для устранения этих эффектов в ИКСО последнего
поколения применяется специальная герметичная камера между
линзой и пироприемником (герметичная оптика), например, в новых СО
фирм PYRONIX и С&К. По оценкам специалистов, современные
высокотехнологичные линзы Френеля по своим оптическим
характеристикам практически не уступают зеркальной оптике.
Зеркальная оптика как единственный элемент оптической
системы применяется достаточно редко. ИКСО с зеркальной оптикой
выпускаются, например, фирмами SENTROL и ARITECH.
Преимуществами зеркальной оптики являются возможность более точной
фокусировки и, как следствие, увеличение чувствительности, что
позволяет обнаруживать нарушителя на больших расстояниях.
Использование нескольких зеркал специальной формы, в том числе
многосегментных, позволяет обеспечить практически постоянную
чувствительность по всей длине зоны обнаружения, причем эта
чувствительность на удаленных участках зоны обнаружения
приблизительно на 60% выше, чем при использовании простых линз Френеля.
С помощью зеркальной оптики проще обеспечивается защита
ближней зоны, расположенной непосредственно под местом установки
ИКСО (так называемая антисаботажная зона). По аналогии со
сменными линзами Френеля ИКСО с зеркальной оптикой комплектуются
сменными отстегивающимися зеркальными масками, применение
которых позволяет выбирать требуемую форму зоны
чувствительности и дает возможность адаптировать СО к различным
конфигурациям защищаемого помещения.
В современных высококачественных ИКСО используется
комбинация линз Френеля и зеркальной оптики. При этом линзы
Френеля используются для формирования зоны чувствительности на
средних расстояниях, а зеркальная оптика - для формирования ан-
тисаботажной зоны под датчиком и для обеспечения очень большого
расстояния обнаружения.
154
4.2. Активные оптические СО. Принцип действия,
особенности применения
Разработка отечественных активных ИКСО ведется с начала
60-х гг. В первых разработках в качестве источников излучения
использовались лампы накаливания. Модуляция излучения в этих
изделиях осуществлялась с помощью механических модуляторов.
Такие ИКСО имели низкую эффективность, большие габаритные
размеры и значительные токи потребления.
Принцип действия активных ИКСО можно пояснить,
воспользовавшись обобщенной структурной схемой (рис. 4.2).
Оптическая система источника излучения (сокращенно
передатчика - ПРД) создает узконаправленный луч ИК-излучения.
В качестве источника ИК-излучения используются
полупроводниковые излучающие диоды с рабочей длиной волны 0,94 мкм, которые
располагаются в фокусе оптической системы.
ПРД
Источник
излучения
N
Оптическая
система
Устройство
электронной
модуляции
ПРМ
Оптическая
система
Фотодатчик
Источник
питания
.J L.
Устройство
усиления и
обработки
сигналов
Рис. 4.2. Обобщенная структурная схема активных ИКСО
Для обеспечения необходимого значения тока через диод
и снижения тока потребления ПРД питание диода осуществляется
импульсным промодулированным напряжением, которое
вырабатывается в устройстве электронной модуляции. Угол расхождения луча
2(3 (рис.4.3.), как правило, составляет 1,5...2°, что позволяет
получить необходимую мощность излучения ПРД для блокирования
рубежа протяженностью 200...250 м с учетом воздействия
метеорологических факторов (туман, дождь, снегопад).
155
Луч (поток И К-излучения) ПРД направлен на оптическую
систему ПРМ, угол поля зрения 2<р которого составляет обычно 2...30.
Небольшой угол поля зрения ПРМ позволяет уменьшить влияние
побочных фоновых засветок фотоприемника. Однако в ПРМ
попадает поток ИК-излучения, охватываемый только световым диаметром
DCb оптической системы. Поэтому чувствительная зона активного
двухпозиционного ИКСО представляет собой луч диаметром
постоянного сечения по всей длине блокируемого участка 1_Бл-
ИК-излучение фокусируется оптической системой ПРМ на
чувствительную площадку фотоприемников (фотодиодов). Получаемые
с них импульсы фототока усиливаются и поступают на устройства
обработки для формирования сигналов тревоги.
ПРД
Dl
ПРМ
Рис. 4.3. Ход лучей при блокировании рубежа активным
двухпозиционным ИКСО
В зависимости от количества лучей и их расположения
(горизонтальное или вертикальное) ИКСО могут выполнять различные
тактические задачи. Горизонтальное расположение двух лучей
позволяет за счет временной обработки сигналов определять
направление движения нарушителя. Вертикальное расположение лучей
в активных ИКСО повышает надежность блокирования рубежей и
периметров по сравнению с однолучевыми СО.
Более подробно принцип действия активных ИКСО
рассмотрим по структурным схемам ПРД и ПРМ (рис. 4.4, 4.5.) двухканаль-
ного ИКСО, позволяющего определять направление движения
нарушителя. Эти схемы являются наиболее характерными для
построения активных ИКСО.
ПРД имеет два идентичных канала (два луча). Каждый луч
формируется импульсным излучением диодов VD1 и VD2 (2-й канал
построен по той же схеме). Схема излучения каждого канала
запускается цепью синхронизации от переменного напряжения с частотой
питающей сети, которое подается на входной трансформатор.
156
тр
Формирователь
прямоугольных
импульсов
Входной
ансформатор
Выходной
трансформатор
Схема
синхронизации
К
Свето-
ДИОД
VD1
ПРМ
Рис. 4.4. Структурная схема ПРД активного ИКСО
Фотодиод
К ПРД
■4
Усилитель
с АРУ
Схема
синхронизации
Схема
совпадения
г
Схема
логической
обработки
[-►
Ключевая
схема
2-й канал
Рис. 4.5. Структурная схема ПРМ активного ИКСО
Выпрямленные полуволны напряжения, снимаемые со
включенных противофазно вторичных обмоток входного
трансформатора, формируются в прямоугольные импульсы и поступают в
усилители мощности, нагрузкой которых являются выходные
трансформаторы. Такое включение вторичных обмоток входного
трансформатора обеспечивает подачу на входы формирователей прямоугольных
импульсов напряжения от разных полупериодов, чем достигается
поочередная работа каналов.
Со вторичных обмоток выходных трансформаторов снимаются
импульсы тока, осуществляющие модуляцию излучения диодов VD1
nVD2.
Падающий на оптическую систему ПРМ поток излучения
фокусируется на чувствительную площадку фотодиода и преобразуется
им в фототок. Импульсы фототока образуют на входном
сопротивлении усилителя импульсное напряжение, которое усиливается по
мощности.
157
Так как ИКСО рассчитан на работу в различных
метеоусловиях, то амплитуда импульсов может колебаться в широких пределах.
Для поддержания амплитуды в определенных пределах (не менее
35 дБ) предусмотрена АРУ.
Учитывая, что угол расхождения луча позволяет облучать
одновременно обе оптические системы ПРМ, схема совпадения
пропускает только импульсы "своего" канала от соответствующей
полуволны напряжения синхронизации.
Порог усилителя АРУ выбран из расчета преобладания
сигнала над уровнем шума в 5...6 раз при наихудших метеоусловиях
и в 15...25 раз - при хороших метеоусловиях.
В зависимости от последовательности пересечения лучей на
выходах схем согласования (двойной инвертор с разнополярными
уровнями напряжений) поочередно для каждого канала изменяются
уровни напряжений, которые поступают на схему логической
обработки. Соответствующие сигналы ("От нас", "К нам", "Тревога")
выдаются за счет срабатывания одного из реле ключевой схемы.
Генератор синхронизации синхронизирует работу датчика,
выдавая на ПРД, а также на схемы совпадения и логической обработки
ПРМ, синусоидальные напряжения соответствующих амплитуд и
фаз при отсутствии сети 220 В.
В ИКСО с вертикальным расположением лучей цепь
синхронизации работы каналов отсутствует. Различение "своего" канала
обеспечивается взаимным расположением передающего и
приемного устройств (рис. 4.6.). В таких ИКСО схема обработки сигналов
более простая, чем в активных ИКСО с горизонтальным
расположением лучей (за счет отсутствия схем совпадения, согласования
и логической обработки сигналов).
Передающее
устройство
Приемное
устройство
Приемное
устройство
Передающее
устройство
Рис. 4.6. Ход лучей в ИКСО с вертикальным расположением лучей.
158
Одним из факторов, ограничивающим возможность
применения ИКСО, является туман с метеорологической дальностью
видимости (МДВ) менее 200...250 м, при котором происходит выдача
ложных сигналов тревоги или потеря работоспособности. Кроме
того, в весенне-осенний и зимний периоды года активные ИКСО
требуют обогрева оптических систем, что также ограничивает их
применение при небольших емкостях источников постоянного тока.
4.3. Пассивные инфракрасные СО
Принцип действия пассивных ИКСО. Принцип действия
пассивных ИКСО основан на регистрации сигналов, порождаемых
тепловым потоком, излучаемым объектом обнаружения. Полезный
сигнал на выходе безынерционного одноплощадочного приемника
излучения определяется выражением:
S (t) = Su АФ(1), (4.1)
где Su - вольтовая чувствительность приемника излучения, Д <t>(t) -
изменение величины теплового потока, падающего на входное окно
оптической системы и вызванное движением объекта в зоне
обнаружения.
Максимальное значение A<t>(t) соответствует случаю, когда
объект полностью попадает в поле зрения ИКСО. Обозначим это
значение как А Ф.
Считая, что потери в оптической системе настолько малы, что
ими можно пренебречь, выразим АФ через параметры объекта
и фона (под фоном понимается поверхность стен, пола, потолка
и других предметов, расположенных в зоне обнаружения ИКСО).
Пусть в пределах фона, поверхность которого обладает абсолютной
температурой Тф и излучательной способностью Еф, появляется
объект, абсолютная температура которого Тоб, а излучательная
способность Еов (рис.4.7.). Площадь проекции объекта на плоскость,
перпендикулярную направлению наблюдения, обозначим Soe,
а площадь проекции фона в поле зрения - Бф. Тогда (без учета
поглощения в атмосфере) величина теплового потока, падающего на
входное окно оптической системы до появления объекта,
определяется выражением:
Ф , -*-«- .
Ф Ф f2
Ф
где t$- расстояние от входного окна до фоновой поверхности; 1Ф -
яркость фона; SBX- площадь входного окна оптической системы.
159
Оптическая
система
\1 1
Зона обнаружения
Объект
1
и
Z
1
-—.
V
у-
/
>он
/
X
Рис. 4.7. К пояснению принципа действия пассивных ИКСО:
On, Pn - угловые размеры оптической системы соответственно
в горизонтальной и вертикальной плоскостях
Величина теплового потока, создаваемого объектом,
определяется аналогичным образом:
Si
ф =L -°б_вх ,
оо оо „2
где I - расстояние от ИКСО до объекта; Ц* - яркость объекта.
При наличии объекта тепловой поток, падающий на входное
окно, создается объектом и той частью фоновой поверхности,
которая не экранируется объектом, откуда суммарный тепловой поток
ф)
Тогда изменение теплового потока АФ записывается в виде:
S S
ф «
л -LJ.
ов ф
(4.2)
Считая, что для объекта и фона справедлив закон Ламберта
[106], выразим яркости Ц>б и Ьф через излучательные способности
и абсолютные температуры:
6Е Г4
1_ = о об об (4 3)
об v '
160
6Е Т*
L = ° * » , (4.4)
* я
где 50=5,67х10"12 Вт*см"2х°К"4 - постоянная Стефана-Больцмана.
Подставляя (4.3) и (4.4) в (4.2), получим выражение для АФ
через абсолютные температуры и излучательные способности
объекта и фона:
дф = 6oSA Г£ Т4 _ Е Т4 I = AES
2 I об об ф 0J ex
Здесь ДЕ - изменение облученности входного окна, вызванное
появлением объекта:
д£ = М* Г£ т4 _ £ т-41. (4.5)
п(2 I Об Об ф ф]
При заданных параметрах оптической системы и приемника
излучения значение сигнала в соответствии с (4.1) полностью
определяется изменением облученности ДЕ.
Излучательная способность кожи человека очень высока, в
среднем она составляет 0,99 относительно абсолютно черного тела
(для которого излучательная способность равна 1) на длинах волн
больше 4 мкм [173]. В ИК области спектра оптические свойства
кожного покрова близки к характеристикам черного тела. Температура
кожи зависит от теплообмена между кожей и окружающей средой.
Измерения, проведенные с помощью тепловизора "Ага-750",
показали, что при температуре воздуха +25°С температура по поверхности
ладони человека изменяется в пределах +32...+ 34°С, а при
температуре воздуха +19°С - в пределах +28...+30°С. Наличие одежды
уменьшает яркость объекта, так как температура одежды ниже, чем
температура обнаженной кожи. При температуре окружающей среды
+25°С измеренная средняя температура поверхности тела одетого
в костюм человека составила +26°С. Излучательная способность
одежды также может быть иной, чем у обнаженной кожи.
Другие параметры, входящие в выражение (4.5), могут
принимать различные значения в зависимости от конкретной обстановки
и/или оперативной задачи.
Рассмотрим подробнее процесс сигналообразования и
основные виды помех, влияющих на ложное срабатывание пассивных
ИКСО.
Сигналообразование. Для лучшего понимания методов и
алгоритмов повышения помехоустойчивости ИКСО необходимо иметь
представление об основных параметрах сигнала - форме, амплиту-
161
де, длительности, зависимости от скорости движения человека
и температуры фона.
Рассмотрим одну лучевую зону обнаружения длиной 10 м
с диаметром луча в основании конуса 0,3 м. Считается, что человек
пересекает зону по нормали к ней с максимальной (Vmax=5 м/с) и
минимальной (\/т|п=0,1м/с) скоростями при расстоянии от приемника
Ю (Dmax), 5 и 1 м (Dmin). Форма сигнала при пересечении луча на
расстоянии 10 м имеет вид треугольника с максимумом при полном
перекрытии зоны (рис.4.8,а). На рис. 4.8,6 показан спектр этого
сигнала. При пересечении луча на меньшем расстоянии сигнал
приобретает форму трапеции с крутыми фронтами (рис.4.9.а) и спектр этого
сигнала приобретает вид, показанный на рис. 4.9,6.
Ф,
'об'
а)
t, с
б)
0,5
f. Щ
Рис. 4.8. Форма (а) и спектр сигнала (б) на входе приемника при Dmax, Vmin
Очевидно, что длительность сигнала обратно
пропорциональна скорости движения и расстоянию до приемника.
Реальный сигнал отличается от идеальной картины за счет
искажений, вносимых трактом усиления и наложением хаотических
шумов, создаваемых температурными флуктуациями фона. Записи
реальных сигналов, полученные с использованием отечественного
пироприемника ПМ2Д, приведены на рис. 4.10. Здесь же
представлены его спектральные характеристики, полученные пропусканием
реально записанных сигналов через спектроанализатор фирмы
"BRYEL & KJ/ER".
6—3018
162
Фоб'
а)
0,007
0,035
t, с
Рис. 4.9. Форма (а) и спектр сигнала (б) на входе приемника при Dmin, Vmax.
а) б)
Рис. 4.10. Отображение реальных сигналов, полученное с использованием
пироприемника ПМД2 (а) и спектроанализатора фирмы BRYEL & KJ/ER (б)
Анализ записей позволяет определить спектральное "окно"
(диапазон по спектру), необходимое для пропускания сигналов,
образующихся при пересечении зоны в любом месте во всем
диапазоне скоростей от 0,1 до 15 Гц. При этом на краях диапазона возможно
ослабление сигнала, так как пироприемник имеет амплитудно-
частотную характеристику со спадом в области 5... 10 Гц. Для его
компенсации необходимо введение в тракт обработки сигнала
специального корректирующего усилителя, обеспечивающего подъем
АЧХ в области 5...20 Гц [143].
163
Температурный контраст. Амплитуда сигнала, как уже
говорилось, определяется температурным контрастом между телом (или
одеждой) человека и фоном, на который направлен луч. Так как
температура фона меняется вслед за изменением температуры в
помещении, то и сигнал, пропорциональный их разности, также
меняется.
В точке, где температура человека и фона совпадают,
значение выходного сигнала равно нулю. В области более высоких
температур сигнал меняет знак.
Температура фона в помещении (стен, пола, мебели)
отражает состояние воздуха вне помещения с некоторым запаздыванием,
обусловленным тепловой инерцией конструктивных материалов
здания (в случае отсутствия внутренних источников тепла).
Температурный контраст зависит также от температуры
внешней поверхности человека, т.е. в основном от его одежды. Причем
здесь оказывается существенным следующее обстоятельство. Если
человек входит в помещение, где установлено ИКСО, извне,
например с улицы, где температура может существенно отличаться от
температуры в помещении, то в первый момент тепловой контраст
может быть значительным. Затем, по мере "адаптации" температуры
одежды к температуре помещения, сигнал уменьшается. Но даже
после продолжительного пребывания в помещении величина
сигнала зависит от вида одежды. На рис. 4.11 приведены
экспериментальные зависимости температурного контраста человека от
температуры окружающей среды. Штриховой линией показана
экстраполяция экспериментальных данных для температуры выше 40°С.
Рис. 4.11. Зависимость температурного контраста человека
от температуры окружающей среды.
164
Заштрихованная область 1 — это диапазон контрастов в
зависимости от формы одежды, типа фона, размеров человека и
скорости его движения.
Важно отметить, что переход величины температурного
контраста через ноль происходил только в том случае, если в области
температур ЗО...39,5°С измерения проводились после адаптации
человека в нагретом помещении в течении 15 мин. В случае же
вторжения в зону чувствительности СО человека находившегося до
этого в помещении с температурой ниже 30°С или на открытом
воздухе с температурой 44°С, уровни сигналов в диапазоне температур
ЗО...39,5°С лежат в области 2 и не достигают нулевого значения.
Распределение температуры по поверхности человека не
равномерно. Наиболее близка она к 36°С на открытых частях тела -
лице и руках, а температура поверхности одежды ближе к фону
помещения. Поэтому сигнал на входе пироприемника зависит от того,
какой частью тела перекрывается лучевая зона чувствительности.
Рассмотрение процесса сигналообразования позволяет
сделать следующие выводы:
- амплитуда сигнала определяется температурным контрастом
поверхности человека и фона, который может составлять от долей
градуса до десятков градусов;
- форма сигнала имеет треугольный или трапецеидальный
вид, длительность сигнала определяется местом пересечения
лучевой зоны и при движении по нормали к лучу может составлять от
0,05 до 10 с. При движении под углом к нормали длительность
сигнала увеличивается. Максимум спектральной плотности сигнала
лежит в интервале от 0,15 до 5 Гц;
- при движении человека вдоль луча сигнал минимален и
определяется лишь разностью температур отдельных участков
поверхности человека и составляет доли градуса;
- при движении человека между лучами сигнал практически
отсутствует;
- при температуре в помещении, близкой к температуре
поверхности тела человека, сигнал минимален, т.е. разность
температур составляет доли градуса;
- амплитуды сигналов в разных лучах зоны обнаружения могут
существенно отличаться друг от друга, так как определяются
температурным контрастом тела человека и участком фона, на который
направлен данный луч. Разность может достигать десяти градусов.
Помехи в пассивных ИКСО. Перейдем к анализу помеховых
воздействий, вызывающих ложное срабатывание пассивных ИКСО.
Под помехой будем понимать любое воздействие внешней среды
или внутренние шумы приемного устройства, не связанные с
движением человека в зоне чувствительности СО.
Существует следующая классификация помех:
- тепловые, обусловленные нагреванием фона при
воздействии на него солнечного излучения, конвекционных потоков воздуха
от работы радиаторов, кондиционеров, сквозняков;
- электрические, вызываемые наводками от источников электро-
и радиоизлучений на отдельные элементы электронной части СО;
- собственные, обусловленные шумами пироприемника и
тракта усиления сигнала;
- посторонние, связанные с перемещением в зоне
чувствительности СО мелких животных (собаки, кошки, птицы) или
насекомых по поверхности входного оптического окна СО.
Наиболее значительной и "опасной" помехой является
тепловая, вызываемая изменением температуры участков фона, на
который направлены лучевые зоны чувствительности. Воздействие
солнечного излучения приводит к локальному повышению температуры
отдельных участков стены или пола помещения. При этом
постепенное изменение температуры не проходит через схемы фильтрации
прибора, однако, сравнительно резкие и "неожиданные" ее
колебания, связанные, например, с затенением солнца проходящими
облаками или проездом транспорта, вызывают помеху, аналогичную
сигналу от прохождения человека. Амплитуда помехи зависит от
инерционности фона, на который направлен луч. Например, время
изменения температуры голой бетонной стены намного больше, чем
деревянной или оклеенной обоями.
На рис.4.12. приведена запись типичной солнечной помехи на
выходе пироприемника при прохождении облака, а также ее спектр.
б)
О 1 2 J (Гц
Рис. 4.12. Форма (а) и слеюр (б) солнечной помехи на выходе пироприемника
при прохождении облака
166
При этом изменение температуры при солнечных помехах
достигает 1,0...1,5°С, особенно в тех случаях, когда луч направлен
на малоинерционный фон, например на деревянную стену или
штору из ткани. Длительность таких помех зависит от скорости
затенения и может попасть в диапазон скоростей, характерных для
движения человека. Необходимо отметить одно существенное
обстоятельство, которое позволяет бороться с такими помехами. Если два
луча направлены на соседние участки фона (при расстоянии между
ними 0,5... 1,0 м), то вид и амплитуда помехового сигнала от
воздействия солнца практически одинаковы в каждом луче, т.е. налицо
сильная корреляция помех. Это позволяет соответствующим
построением схемы подавить их за счет вычитания сигналов,
Конвективные помехи обусловлены воздействием
перемещающихся потоков воздуха, например сквозняков при открытой
форточке, щелей в окне, а также бытовых отопительных приборов -
радиаторов и кондиционеров. Потоки воздуха вызывают хаотическое
флуктуационное изменение температуры фона, амплитуда и
частотный диапазон которого зависят от скорости потока воздуха и
характеристик фоновой поверхности.
В отличие от солнечной засветки конвективные помехи от
различных участков фона, воздействующие даже на расстоянии
0,2...0,3 м, слабо коррелированы между собой и их вычитание не
дает эффекта.
Электрические помехи возникают при включении любых
источников электро- и радиоизлучения, измерительной и бытовой
аппаратуры, освещения, электродвигателей, радиопередающих
устройств, а также при колебаниях тока в кабельной сети и линиях
электропередач. Значительный уровень помех создают также
разряды молний.
Чувствительность пироприемника очень высока — при
изменении температуры на 1°С выходной сигнал непосредственно с
кристалла составляет доли микровольта, поэтому наводки от
источников помех в несколько вольт на метр могут вызвать помеховыи
импульс, в тысячи раз превышающий полезный сигнал. Однако
большая часть электрических помех имеет малую длительность или
крутой фронт, что позволяет отличить их от полезного сигнала.
Собственные шумы пироприемника определяют высшую
границу чувствительности ИКСО и имеют вид белого шума. В связи
с этим методы фильтрации здесь не могут быть использованы.
Интенсивность помехи увеличивается при повышении температуры
кристалла приблизительно в два раза на каждые десять градусов.
Современные пироприемники имеют уровень собственных шумов,
соответствующих изменению температуры на 0,05...0,15°С [12].
167
Выводы:
1. Спектральный диапазон помех перекрывает диапазон
сигналов и лежит в области от долей до десятков герц.
2. Наиболее опасный вид помех - солнечная засветка фона,
воздействие которой увеличивает температуру фона на 3...5СС
(в диапазоне 0.1... 1 Гц).
3. Помехи от солнечной засветки для близких участков фона
жестко коррелированы между собой и могут быть ослаблены при
использовании двухлучевой схемы построения СО.
4. Конвективные помехи от тепловых бытовых приборов имеют
вид флуктуационных случайных колебаний температуры,
достигающих 2...3°С в диапазоне частот от 1 до 20 Гц при слабой корреляции
между лучами.
5. Электрические помехи имеют вид коротких импульсов или
ступенчатых воздействий с крутым фронтом, наведенное
напряжение может в сотни раз превышать сигнал.
6. Собственные шумы пироприемника, соответствующие
сигналу при изменении температуры на 0,05...0,15°С, лежат в
диапазоне частот, перекрывающем диапазон сигнала, и увеличиваются
пропорционально температуре приблизительно вдвое на каждые 10°С.
Далее рассмотрим несколько классических методов
повышения помехоустойчивости пассивных ИКСО.
Методы повышения помехоустойчивости пассивных ИКСО.
Дифференциальный метод приема Ж-излучения получил довольно
широкое распространение. Сущность этого метода заключается в
следующем: с помощью двухплощадочного приемника формируются
две пространственно разнесенные зоны чувствительности. Сигналы,
формирующиеся в обоих каналах, взаимно вычитаются:
UBblx(t) = U1(t)-U2(t). (4.6)
Понятно, что две пространственно разнесенные зоны
чувствительности не могут быть пересечены движущимся объектом
одновременно. Сигналы в каналах в этом случае возникают поочередно,
следовательно, амплитуда их не уменьшается. Из формулы (4.6)
следует, что помеха на выходе дифференциального приемника
равна нулю при совместном выполнении следующих условий:
1. Формы помех в каналах совпадают.
2. Амплитуды помех одинаковы.
3. Помехи имеют одинаковое временное положение.
В случае солнечной помехи выполняются условия 1 и 3 (с
точностью до уровня флуктуационного шума). Условие 2 выполняется
только в случае, когда в качестве фона в обоих каналах служит один
и тот же материал или углы падения солнечной энергии на фон оди-
168
наковы в обоих каналах или в обоих каналах поток солнечного
излучения попадает на всю площадь фона, ограничивающего зоны
чувствительности. На рис. 4.13 показана зависимость амплитуды
помехи на выходе дифференциального каскада от амплитуды помехи на
его входе.
Параметром является отношение амплитуд помеховых
воздействий в каналах. В этом случае имеется в виду, что условия 1 и 3
выполняются.
Из рис. 4.13 видно, что при достаточно хорошем совпадении
амплитуд помеховых воздействий в каналах (UBxiAjbx2= 1,2... 1,1)
достигается 5...10 кратное подавление этих помех. При значениях
Ubxi/Ub^I^ подавление помехи уменьшается и характеристика
1)Вых=/(ивх) стремится к аналогичной характеристике одиночного
приемника.
ивых=11вх
Рис. 4.13. Зависимость амплитуды помехи на выходе дифференциального
каскада от амплитуды помехи на его входе
1-U?
1,5"
1,0-
0,5"
0
, ОТН
ед.
"7
I
(
5.4
0,8
1,2
1,6
2,0
♦ Г, М
Рис. 4.14. Зависимость коэффициента подавления конвективной помехи
от расстояния между участками фона
169^
При воздействии конвективной помехи степень ее подавления
дифференциальным приемником определяется степенью
корреляции ее в пространственно-разнесенных точках фоновой
поверхности. Оценка степени пространственной корреляции конвективной
помехи может быть проведена путём измерения ее интенсивности
при дифференциальном и обычном методах приема. Результаты
некоторых измерений показаны на рис. 4.14.
Оптимальная частотная фильтрация. Эффективное
подавление помех этим методом возможно при существенном различии в
частотных спектрах сигналов и помех. Из приведенных выше данных
следует, что такого различия в нашем случае нет. Поэтому
использование этого метода для полного подавления помех не
представляется возможным.
Основным видом шума, определяющим чувствительность
ИКСО, является собственный шум приемника. Поэтому оптимизация
полосы пропускания усилителя в зависимости от спектра сигнала и
характера шума приемника позволяет реализовать предельные
возможности приемной системы.
Оптическая спектральная фильтрация. Сущность метода
оптической спектральной фильтрации такая же, как и в случае
оптимальной частотной фильтрации. При спектральной фильтрации
помеха подавляется за счет различий в оптических спектрах сигналов и
помех. Эти различия практически отсутствуют (без учета тонкой
структуры спектров) для конвективной помехи и для составляющей
солнечной помехи, возникающей за счет изменения температуры
фона под действием солнечного излучения, однако спектр отраженной
от фона составляющей солнечной помехи в значительной мере
отличается от спектра сигнала. Спектральная плотность энергетической
светимости абсолютно черного тела определяется формулой Планка:
М (Х,Т)= 2яс2г.Г5(есЫ1аТ-1Г1,
где к - длина волн; к - постоянная Больцмана; Т - температура
тела; h - постоянная Планка; с - скорость света.
Графическое изображение функции, пронормированной по
М(Х.,Т), для контрастного излучения объекта и солнечного излучения
представлено на рис. 4.15.
Согласно классической теории линейной оптимальной
фильтрации для обеспечения максимального отношения сигнал/помеха
(имеется ввиду "солнечная помеха") спектральная полоса
пропускания оптического фильтра должна быть согласована со спектром
контрастного излучения объекта и иметь вид, показанный на рис. 4.15.
170
0,2
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8
а)
ЩХ,Т), отн. ед.
1
0,8
0,6
0,4
0,2
, мкм
0 2 6 10 14 18 22 26
б)
-*■>., мкм
Рис. 4.15. Спектральная плотность энергетической светимости абсолютно
черного тела в зависимости от длины волны:
а - для Т=6000 К (Солнце); б - для Т=300 К (объект)
Наиболее полно этому условию из серийно выпускаемых
материалов удовлетворяет бескислородное стекло ИКС-33.
Степень подавления солнечной помехи указанными фильтрами
для различных фонов показана в табл. 4.1. Из таблицы видно, что
наибольшее подавление солнечной помехи достигается фильтром
ИКС-33. Черная полиэтиленовая пленка несколько уступает ИКС-33.
Таким образом, даже при использовании фильтра ИКС-33
солнечная помеха подавляется всего в 3,3 раза, что не может
привести к радикальному улучшению помехоустойчивости пассивного
оптического средства обнаружения.
Оптимальная пространственно-частотная фильтрация.
Известно, что характеристики обнаружения в условиях оптимальной
линейной фильтрации однозначно связаны с величиной отношения
сигнал/помеха. Для их оценки и сравнения удобно пользоваться величиной
(4.7)
где U - амплитуда сигнала; S (со) - спектральная плотность
мощности сигнала; G (со) -спектральная плотность мощности помехи.
171
Таблица 4.1. Степень подавления солнечной помехи различными
фильтрами для различных фонов
Материал
Фильтра
Полиэтилен
черный
Оптическая
керамика КО-41
Инфракрасное
стекло ИКС-27
Инфракрасное
стекло ИКС-33
Фон
Линолиум
0,4
0,96
0,5
0,38
Ткань
красного
цвета
0,68
1,0
0,43
0,27
Дерево
0,4
0,98
0,57
0,4
Бетонная
стена
0,34
0,98
0,67
0,18
Средний
коэффициент
подавления
0,45
0,98
0,54
0,3
По физическому смыслу величина ц представляет собой
отношение энергии сигнала к спектральной плотности мощности
помехи. Очевидно, что при изменении телесного угла элементарной зоны
чувствительности меняется интенсивность помехи, излучаемой
фоном и попадающей в приемный канал. В то же время амплитуда
сигнала зависит от геометрической формы (конфигурации)
элементарной зоны чувствительности. Выясним, при какой конфигурации
элементарной зоны чувствительности величина ц достигает
максимального значения, для чего рассмотрим простейшую модель
обнаружения (см. рис. 4.7).Пусть зона чувствительности ИКСО неподвижна
относительно фона, а обнаруживаемый объект движется с угловой
скоростью Vo6 относительно точки наблюдения. Зона чувствительности
и объект в нормальной к оптической оси плоскости прямоугольны,
а угловые размеры объекта а<х5, Роб и поля зрения ап, рп настолько
малы, что с достаточной степенью точности можно считать
у =а В ,
где уоб - телесный угол, под которым виден объект; уп - телесный
угол зоны чувствительности; аоб, Роб - угловой размер объекта
соответственно в горизонтальной и вертикальной плоскостях; ап, рп -
угловой размер зоны чувствительности соответственно в
горизонтальной и вертикальной плоскостях;
Энергетическая яркость объекта Воб одинакова по всей его
поверхности, а спектральная плотность энергетической яркости
фонового шума Вф(ю) одинакова по всей поверхности фона. Сигнал и фо-
172
новая помеха аддитивны. Движение объекта происходит
равномерно в плоскости угла <хп. Приемник энергии безынерционный,
квадратичный (по мощности). Сигнал с приемника подается на
перестраиваемый оптимальный фильтр. Тогда спектральная плотность
мощности фоновой помехи на выходе приемника будет определяться
выражением:
в(а})=Вф(а>)КоптКтапРпКп21 (4.8)
где Копт - коэффициент передачи оптической системы; Кт -
коэффициент передачи трассы распространения сигнала; Кп -
чувствительность приемника.
При пересечении поля зрения объектом на выходе приемника
формируется сигнальный импульс, форма которого и спектр, в
случае когда аоб < ар и роб < /Зп, определяются выражениями:
U(t) - ^ U0(t) = B/J^/Affl, (4.9)
о
где U0(t) - сигнальный импульс единичной амплитуды; So(o)) - спектр
сигнального импульса единичной амплитуды.
Для фона, излучающего помеху, спектральная плотность
В.
мощности которой имеет вид в (со) = —, величина G(co) на выходе
Ф О)
безынерционного приемника в соответствии с выражением (4.8)
определяется как
Характер зависимости величины ц от ал и р„ имеет вид,
показанный на рис. 4.16. Из вышеизложенного следует, что для
обеспечения максимального отношения сигнал/фоновая помеха форма
зоны чувствительности должна быть сопряжена с формой объекта.
Для случая флуктуационной фоновой помехи максимальное
значение отношения сигнал/фоновая помеха достигается при
совпадении геометрической формы элементарной зоны чувствительности
с формой объекта. Этот вывод применим и для случая импульсной
солнечной помехи. Подтверждением тому является очевидный факт,
что при увеличении телесного угла зоны чувствительности от
значения, равного телесному углу, под которым виден объект, амплитуда
173
О' ап=аоб "ап О рп=Роб Рп
Рис. 4.16. Зависимости ц от углов поля зрения <хп и рп
сигнала не меняется, а амплитуда солнечной помехи растет
пропорционально телесному углу зоны чувствительности. То есть метод
оптимальной пространственно-частотной фильтрации позволяет
повысить помехоустойчивость пассивного оптического средства
обнаружения как к конвективной, так и к солнечной помехам.
Двухдиапазонный метод приема ИК излучений. Сущность
этого метода заключается во введении в ИКСО второго канала,
обеспечивающего прием ИК излучений в видимом или ближнем ИК
диапазонах, с целью получения дополнительной информации,
отличающей сигнал от помехи. Использование такого канала в совокупности
с основным (тепловым) каналом в условиях одного помещения
малоэффективно, поскольку как сигнал, так и помеха при наличии
освещенности формируются в обоих спектральных диапазонах
(видимом и тепловом). Значительно более эффективным является
использование канала видимого диапазона при его установке вне
охраняемых помещений, в местах, недоступных для блокировки этого
канала искусственными источниками света. В этом случае при
изменении солнечной освещенности канал формирует сигнал,
запрещающий возможное срабатывание ИКСО под воздействием
солнечной помехи. При такой организации двухдиапазонный метод
позволяет полностью ликвидировать ложные срабатывания ИКСО,
возможные за счет возникновения солнечных помех. Возможность
блокировки теплового канала на время действия помехи очевидна.
Параметрические методы повышения помехоустойчивости
ИКСО. В основу параметрических методов повышения
помехоустойчивости ИКСО положена идентификация полезных сигналов по
одному или совокупности параметров характерных для вызывающих
появление этих сигналов объектов. В качестве таких параметров,
могут быть использованы скорость движения объекта, его габариты,
расстояние до объекта. На практике, как правило, конкретные
значения параметров заранее не известны. Однако имеется некоторая
область их определения. Так, скорость человека, передвигающегося
174
пешком, меньше 7 м/с. Совокупность таких ограничений может
существенно сузить область определения полезного сигнала и,
следовательно, уменьшить вероятность ложного срабатывания.
Рассмотрим некоторые способы определения параметров
объекта при его пассивном оптическом обнаружении. Для
определения скорости движения объекта, его линейного размера в
направлении перемещения и расстояния до него необходимо организовать
две параллельные зоны чувствительности, разнесенные в плоскости
перемещения объекта на некоторое базовое расстояние L. Тогда
несложно определить, что нормальная к зонам чувствительности
скорость движения объекта
где т3 - время задержки между сигналами в приемных каналах.
Линейный размер объекта Ь^ в нормальной к зонам
чувствительности плоскости определяется как
b =v т =i!w
об об 1/0,5 т
'з
где тио,5 - длительность сигнального импульса на уровне U=0,5Umax.
При условии Do6an< Ьоб расстояние до объекта определяется
выражением
Q = ф о6 _ Ф
06 a т.а
п 3 п
где ап - угловой размер элементарной зоны чувствительности в
радианах;^ - длительность фронта сигнального импульса.
Полученные значения параметров Vo6, Ьоб, D06 сравниваются с
областями их определения, после чего принимается решение об
обнаружении объекта. В случае, когда организация двух параллельных
зон чувствительности невозможна, в качестве идентифицирующих
параметров могут служить параметры сигнального импульса:
длительность фронта, длительность импульса и т.д. Основным
условием реализации этого метода является широкая полоса пропускания
приемного тракта, необходимая для приема сигнала без искажения
его формы, т.е. в этом случае исключается применение метода
оптимальной фильтрации. Неискаженным в процессе оптимальной
фильтрации параметром является длительность задержки между
сигналами, возникающая в пространственно-разнесенных каналах.
Поэтому идентификация по этому параметру может производиться
без расширения полосы пропускания приемного тракта. Для
осуществления идентификации полезного сигнала в ИКСО с многолучевой
175
зоной чувствительности по параметру т3 необходимо, чтобы она
формировалась в плоскости перемещения объекта с помощью
независимых приемников.
Для примера рассмотрим области определения параметров
сигнального импульса и величины т3 для однопозиционного ИКСО с
многолучевой зоной чувствительности при реальных значениях
угловой расходимости элементарной зоны чувствительности ап= 0,015
рад, размером входного зрачка d=0,05 м и углом между зонами
чувствительности ар=0,3 рад.
Длительность импульса по нулевому уровню определяется
выражением
г -
U
об
Область определения длительности импульса для диапазона
скоростей Vo6=0,1...7,0 м/с, составляет тио=0,036... 4,0 с.
Динамический диапазон x(*uo)='tuomax/Tuomin=112.
Область определения длительности импульса по уровню
0,5Umax уже и составляет тио,5=0,036... 2,0 с, а динамический
диапазон х(тио,5)=56.
Длительность фронта сигнального импульса определяется
выражением
a Dji
т
Ф W
об
Откуда область определения Тф=0,007...2,0 с, а динамический
диапазон х(тф)=285.
Длительность задержки между импульсами, возникающими
в соседних каналах, можно определить по формуле:
т=а о6
з р v ■
об
Область определения величины задержки т3=0...30 с.
Для принятого значения d=0,05 м и диапазона дальности
Do6=1...10 м область определения т3/тф=4,5...14,0, а динамический
диапазон х(т3/тф)=3,1.
При d=0 динамический диапазон х(тэ/тф)=1 для всех значений
дальности Do6=0...10 м.
Таким образом, наиболее устойчивым идентифицирующим
параметром является величина т3/тф.
Благодаря синхронности появления солнечной помехи в
пространственно-разнесенных каналах отмеченной в разд. 4.3 (см. так-
176
же рис 4.12), имеется возможность полной отстройки от нее с
помощью параметра т3/тф.
Использование независимых каналов позволяет повысить
устойчивость прибора и к конвективным помехам, так как конечное
решение об обнаружении принимается только в случае обнаружения
сигналов хотя бы в двух каналах в течение некоторого временного
интервала, определяемого максимально-возможной задержкой
сигнального импульса между каналами. При этом вероятность ложной
тревоги определяется выражением
Р/1С=РлС1РлС2|
где Рлс1. Рлсг - вероятности ложной тревоги в отдельных каналах.
Сравнительный анализ методов повышения
помехоустойчивости ИКСО. Рассмотренные выше методы повышения
помехоустойчивости ИКСО довольно разнообразны как по своей
физической сущности, так и по сложности реализации. Каждый из них в
отдельности обладает как определенными достоинствами, так и
недостатками. Для удобства сравнения этих методов по совокупности
положительных и отрицательных качеств составим
морфологическую табл. 4.2.
Из таблицы видно, что ни один метод в отдельности не
позволяет полностью подавить все помехи. Однако, одновременное
использование нескольких методов позволяет существенно повысить
помехоустойчивость ИКСО при незначительном усложнении
прибора в целом. По совокупности положительных и отрицательных
качеств наиболее предпочтительным является сочетание:
спектральная фильтрация + пространственно-частотная фильтрация +
параметрический метод.
Рассмотрим основные методы и средства, реализованные на
практике в современных ИКСО, позволяющие обеспечить
достаточно высокую вероятность обнаружения при минимальной частоте
ложных тревог.
Для защиты приемного устройства (пиромодуля) от
воздействия излучений, лежащих вне спектрального диапазона сигнала,
предпринимаются следующие меры:
- входное окно пиромодуля закрывается пластинкой из
германия, не пропускающей излучения с длиной волны менее 2 мкм;
- входное окно всего СО изготавливается из полиэтилена
высокой плотности, обеспечивающего достаточную жесткость для
сохранения геометрических размеров и в то же время не
пропускающего излучения в диапазоне длин волн от 1 до 3 мкм;
177
Таблица 4.2.
Метод
Дифференциальный
Частотная
фильтрация
Спектральная
фильтрация
Двухдиапа-
зонный
Оптимальная
пространст-
венночастот-
ная
фильтрация
Параметрические методы
Методы повышения помехоустойчивости ИКСО
Положительные качества
Частичное подавление
солнечных и конвективных помех
Частичное подавление
солнечных и конвективных помех
Простота реализации.
Частичное подавление
солнечных помех.
Полное подавление
солнечных помех. Простота тракта
обработки
Частичное подавление
фоновых и солнечных помех.
Простота реализации
Частичное подавление
фоновых помех. Значительное
подавление солнечных помех
Отрицательные качества
Низкая помехоустойчивость
к некоррелированным
помехам
Сложность реализации для
многоканальных систем
Не подавляются
конвективные помехи
Возможность блокировки
средства внешними
источниками света. Не
подавляются конвективные помехи.
Необходимость
дополнительного оптического канала
Необходимость применения
приемников со специальной
формой чувствительной
площадки
Сложность тракта
обработки
- линзы Френеля изготавливаются в виде выштампованных на
поверхности входного окна из полиэтилена концентрических
окружностей с фокусным расстоянием, соответствующим максимальному
уровню излучения, характерному для температуры тела человека
(8 мкм). Излучения других длин волн будут "размываться", проходя
через эту линзу и, тем самым, ослабляться.
Этими мерами удается ослабить воздействие помех от
источников вне спектрального диапазона в тысячи раз и обеспечить
возможность функционирования ИКСО в условиях сильной солнечной
засветки, использования осветительных ламп и т. п.
Мощным средством защиты от тепловых помех является
использование двухплощадочного пироприемника с формированием
двухлучевой зоны чувствительности. Сигнал при проходе человека
возникает последовательно в каждом из двух лучей, а тепловые
помехи (при близком расположении лучей) в значительной степени
коррелированы и могут быть ослаблены при использовании
простейшей схемы вычитания. Во всех современных пассивных ИКСО
7—3018
178
применены двух-площадочные, а в последних моделях
используются и счетверенные пироэлементы.
Далее перейдем к рассмотрению наиболее широко
используемых в настоящее время алгоритмов обработки сигналов в ИКСО.
В начале рассмотрения алгоритмов обработки сигналов
необходимо сделать следующее замечание. Для обозначения алгоритма
у разных фирм-производителей может использоваться различная
терминология, так как производитель часто дает уникальное
наименование некоторому алгоритму обработки и использует его под
своей торговой маркой, хотя по сути при этом может применяться какой-
либо традиционный метод анализа сигналов, используемый и
другими фирмами.
Алгоритм оптимальной фильтрации предполагает
использование не только амплитуды сигнала (пороговый прием), а всю его
энергию, т. е. произведение амплитуды на длительность.
Дополнительным информативным признаком сигнала является наличие двух
фронтов - на входе в "луч" (под понятием "луч" подразумевается
элементарная зона обнаружения ИКСО) и на его выходе, что
позволяет отстроиться от многих помех, имеющих вид "ступеньки".
Например, в ИКСО Vision-510 (PARADOX, Канада) блок обработки
анализирует двухполярность и симметрию формы сигналов с выхода
дифференциального пироприемника. Суть обработки состоит в
сравнении сигнала с двумя порогами (положительным и
отрицательным) и в ряде случаев - в сравнении амплитуды и длительности
сигналов разной полярности. Возможна также комбинация этого
метода с раздельным подсчетом превышений положительного и
отрицательного порогов. Компания PARADOX дала этому алгоритму
название Entry/Exit Analysis (анализ входа/выхода) [76].
В связи с тем, что электрические помехи имеют или
небольшую длительность, или крутой фронт, для повышения
помехоустойчивости наиболее эффективно применение алгоритма отстройки -
выделения крутого фронта и блокирования выходного устройства на
время их действия. Таким образом достигается устойчивая работа
СО даже в условиях интенсивных электро- и радиопомех в
диапазоне от сотен килогерц до одного гигагерца при напряженности поля
до 10В/м. В паспортах на современные ИКСО указывается
устойчивость к электромагнитным и радиочастотным помехам с
напряженностью поля до 20...30 В/м.
Следующим эффективным методом повышения
помехоустойчивости является использование схемы "счета импульсов".
Диаграмма чувствительности для самых распространенных "объемных"
СО имеет многолучевую структуру. Это означает, что при движении
человек пересекает последовательно несколько лучей. При этом их
179
число прямо пропорционально количеству лучей, образующих зону
обнаружения СО и расстоянию, преодолеваемому человеком.
Реализация этого алгоритма различна в зависимости от модификации
СО. Чаще всего используется ручная установка переключателя на
счет определенного числа импульсов (от одного до четырех).
Очевидно, что в связи с этим при увеличении числа импульсов
повышается помехоустойчивость ИКСО. Для срабатывания прибора
человек должен пересечь несколько лучей, но при этом может снижаться
обнаружительная способность прибора из-за наличия "мертвых зон".
В ИКСО фирмы PARADOX используется запатентованный алгоритм
обработки сигналов пироприемника APSP, обеспечивающий
автоматическое переключение счета импульсов в зависимости от уровня
сигналов. Для сигналов высокого уровня детектор сразу
вырабатывает тревогу, работая при этом как пороговый, а для сигналов
низкого уровня автоматически переключается в режим подсчета
импульсов (от 2 до 25 в зависимости от уровня). Это снижает вероятность
ложных тревог при сохранении неизменной обнаружительной
способности.
В ИКСО Enforcer-QX (PYRONIX) применены следующие
алгоритмы счета импульсов:
- SPP (алгоритм чередующихся знаков) - подсчет
импульсов ведется только для сигналов с чередующимися знаками
(противоположной полярности);
- SGP3 (счетчик групповых последовательностей) - под-
считываются только группы импульсов, имеющие противоположную
полярность. Здесь состояние тревоги возникает при появлении трех
таких групп в течение установленного времени.
В последних модификациях ИКСО для повышения
помехоустойчивости применяется схема "адаптированного приема". Здесь
порог срабатывания автоматически отслеживает уровень шума,
а при его повышении также увеличивается. Однако этот способ не
свободен от недостатков. При многолучевой диаграмме
чувствительности весьма вероятно, что один или несколько лучей будут
направлены на участок интенсивных помех (например, на раструб
кондиционера). При этом устанавливается минимальная
чувствительность всего прибора, в том числе и тех лучей, где интенсивность
помех незначительна. Тем самым снижается общая вероятность
обнаружения всего прибора. Для устранения этого недостатка
предлагается перед включением прибора "выявлять" лучи с максимальным
уровнем шума и затенять их с помощью специальных непрозрачных
экранов (путем заклеивания скотчем с внутренней стороны входного
окна). В некоторых модификациях приборов они входят в комплект
поставки.
180
Анализ длительности сигналов может проводиться как прямым
методом измерения времени, в течение которого сигнал превышает
некоторый порог, так и в частотной области путем фильтрации
сигнала с выхода пироприемника, в том числе с использованием
"плавающего" порога, зависящего от диапазона частотного анализа.
Порог срабатывания устанавливается на низком уровне внутри
частотного диапазона полезного сигнала (0,6... 10 Гц) и на более высоком
уровне вне этого частотного диапазона. Этот метод заложен в ИКСО
Enforcer-QX (PYRONIX) и был запатентован под названием IFT.
Еще один вид обработки, предназначенный для улучшения
характеристик ИКСО - это автоматическая термокомпенсация.
В диапазоне температур окружающей среды 25...35°С
чувствительность пироприемника снижается за счет уменьшения теплового
контраста между телом человека и фоном, а при дальнейшем
повышении температуры чувствительность снова повышается, но "с
противоположным знаком". В так называемых "обычных" схемах
термокомпенсации температура измеряется и при ее повышении
автоматически увеличивается усилене. При "настоящей", или
"двухсторонней" компенсации, учитывается повышение теплового контраста
для температур выше 25...35°С. Использование автоматической
термокомпенсации обеспечивает почти постоянную
чувствительность ИКСО в широком диапазоне температур. Такая
термокомпенсация применена в ИКСО фирм PARADOX и С&К SYSTEMS.
Перечисленные виды обработки могут проводиться
аналоговыми, цифровыми или комбинированными средствами. В
современных ИКСО все шире начинают применяться методы цифровой
обработки с использованием специализированных микроконтроллеров с
АЦП и сигнальных процессоров, что позволяет проводить детальную
обработку "тонкой" структуры сигнала для лучшего выделения его на
фоне помех. В последнее время появились сообщения о разработке
полностью цифровых ИКСО, вообще не использующих аналоговых
элементов (Digital 404 фирмы PARADOX). В этом ИКСО сигнал с
выхода пироприемника непосредственно поступает на аналого-
цифровой преобразователь с высоким динамическим диапазоном
и вся обработка производится в цифровом виде. Использование
полностью цифровой обработки позволяет избавиться от таких
"аналоговых эффектов" как возможные искажения сигналов,
фазовые сдвиги, избыточные шумы. В Digital 404 используется
запатентованный алгоритм обработки сигналов SHIELD, включающий в себя
APSP, а также анализ следующих параметров сигналов: амплитуды,
длительности, полярности, энергии, времени нарастания, формы,
времени появления и порядка следования сигналов. Каждая
последовательность сигналов сравнивается с образцами, соответствую-
181
щими движению и помехам, причем опознается даже вид движения
(от медленного до бега) и если не удовлетворяются критерии
тревоги, то данные сохраняются в памяти для анализа следующей
последовательности или вся последовательность подавляется.
Совместное применение металлического экранирования и программного
подавления помех позволило повысить устойчивость Digital 404 к
электромагнитным и радиочастотным помехам до 30...60 В/м в
диапазоне частот от 10 МГц до 1 ГГц (для сравнения: без алгоритма SHIELD
этот показатель в среднем составляет 20 В/м).
Известно, что вследствие случайного характера полезных и
помеховых сигналов наилучшими являются алгоритмы обработки,
основанные на теории статистических решений. Судя по заявлениям
разработчиков, эти методы начинают использоваться в последних
моделях ИКСО фирмы С&К SYSTEMS (MC-760).
Вообще говоря, объективно судить о качестве используемой
обработки, основываясь только на данных фирмы-производителя,
довольно трудно. Косвенными признаками обладания СО высокими
тактико-техническими характеристиками могут быть наличие
аналого-цифрового преобразователя, микропроцессора и большого
объема используемой программы обработки (несколько килобайт).
Выводы
1. Принцип действия ИКСО основан на регистрации
собственного теплового излучения нарушителя (пассивные ИКСО) или
изменении параметров ИК-излучения при пересечении луча
нарушителем (активные ИКСО).
2. Развитие ИКСО идет главным образом в направлении
повышения помехоустойчивости за счет совершенствования
оптических систем, алгоритмов обработки сигналов, широкого применения
методов цифровой обработки сигналов с использованием
специализированных микроконтроллеров и процессоров.
3. При выборе типов и количества СО для обеспечения
охраны конкретного объекта следует учитывать возможные пути и
способы проникновения нарушителя, требуемый уровень защиты,
расходы на приобретение, монтаж и эксплуатацию СО, особенности
объекта, соответствие тактико-технических характеристик СО
предполагаемым условиям эксплуатации.
4. Особенностью ИКСО является их универсальность. С их
использованием возможно блокирование проникновения в самые
разнообразные помещения и блокирование подходов к различным
конструкциям и предметам.
182
5. Общий принцип использования ИКСО заключается в том,
что лучи зоны чувствительности должны быть перпендикулярны
предполагаемому направлению движения нарушителя. Место
установки СО следует выбирать так, чтобы минимизировать "мертвые
зоны", вызванные наличием в охраняемом помещении крупных
предметов, перекрывающих лучи.
6. К ложным срабатываниям ИКСО могут привести помехи
теплового, светового, электромагнитного, вибрационного характера.
Несмотря на то, что современные ИКСО имеют высокую степень
защиты от указанных воздействий, все же целесообразно
придерживаться следующих рекомендаций:
- не рекомендуется размещать СО в непосредственной
близости от источников воздушных потоков (вентиляция, открытое окно);
- следует избегать прямого попадания на ИКСО солнечных
лучей и яркого света; при выборе места установки должна
учитываться возможность засветки в течение непродолжительного
времени рано утром или на закате (когда солнце низко над горизонтом)
или засветки фарами проезжающего снаружи транспорта;
- на время постановки на охрану целесообразно отключать
возможные источники мощных электромагнитных помех, в частности
отключать люминесцентные, неоновые, ртутные, натриевые лампы;
- для снижения влияния вибраций целесообразно
устанавливать ИКСО на капитальных или несущих конструкциях;
- не рекомендуется направлять ИКСО на источники тепла
(радиатор, печь), колеблющиеся предметы (растения, шторы) и в
сторону мест нахождения домашних животных.
Контрольные вопросы к гл. 4
1. Что такое оптическое СО? Расскажите о его назначении.
2. Какая классификация инфракрасных средств обнаружения (ИКСО)
существует? Опишите различные варианты зон обнаружения пассивных
ИКСО.
3. Чем вызвано требование постоянной чувствительности по всей
зоне обнаружения ИКСО?
4. Расскажите об оптических системах, использующихся в ИКСО
(линзы Френеля, зеркальная оптика, комбинированная оптика).
5. Поясните принцип действия активных ИКСО. Нарисуйте и поясните
структурные схемы построения активных ИКСО, расскажите об
особенностях их применения.
6. Расскажите о принципе действия пассивных ИКСО.
7. Поясните процесс сигналообразования в пассивных ИКСО на
примере однолучевой зоны обнаружения.
8. Расскажите о температурном контрасте в пассивных ИКСО.
183
9. Какие помехи возникают в пассивных ИКСО (тепловые,
электрические, собственные)? Чем они вызваны?
10 Назовите методы повышения помехоустойчивости пассивных
ИКСО. Объясните, в чем заключается дифференциальный метод приема
ИК-излучения?
11. Методы повышения помехоустойчивости пассивных ИКСО.
Расскажите об оптической спектральной фильтрации.
12. Методы повышения помехоустойчивости пассивных ИКСО.
Расскажите о методе оптимальной пространственно-частотной фильтрации.
13. Расскажите о параметрических методах повышения
помехоустойчивости пассивных ИКСО.
14. Проведите сравнительный анализ методов повышения
помехоустойчивости пассивных ИКСО.
Расскажите об алгоритмах обработки сигналов, применяемых в
современных пассивных ИКСО.
Глава 5
СЕЙСМИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ
5.1. Основные понятия и определения
В настоящее время при организации охраны территории,
наряду с другими типами средств обнаружения, достаточно широко
применяются сейсмические средства обнаружения (ССО), в которых
регистрируются и затем обрабатываются сигналы, возникающие в
грунте (или иной подстилающей поверхности) при пересечении
человеком охраняемой зоны. К основным достоинствам ССО
относятся отсутствие собственного излучения, возможность полного
устранения демаскирующих признаков на охраняемом участке за счет
установки линейной части (чувствительных элементов и
соединительных кабелей) в грунт. Сейсмические средства обнаружения, являясь
пассивными средствами охраны, не обнаруживаются электронными
средствами разведки. Визуальная скрытость ССО резко снижает
вероятность их преодоления даже при осведомленности нарушителя
о принципах работы и ТТХ средства. Сейсмические средства удобны
для блокирования участков на пересеченной местности и широко
применяются в целях охраны протяженных рубежей госграницы
и периметров объектов.
В качестве чувствительных элементов, преобразующих
сейсмические колебания грунта в электрические сигналы, чаще всего
используются сейсмоприемники (СП). Небольшие массогабаритные
показатели СП в сочетании с простейшими методами обработки
сигналов позволили создать портативные автономные средства
блокирования малых участков местности радиусом до 5 м. Такие средства
применяются для блокирования подходов к местам временного
базирования спецгрупп, для обнаружения групп людей и техники на
путях их вероятного передвижения.
К недостаткам ССО в целом, а в особенности тех, которые не
используют сложных алгоритмов обработки, относятся низкая
помехоустойчивость при заданной вероятности обнаружения
(Робн>0.9...0.95) в условиях воздействия разнообразных
сейсмических помех (например, от самолетов, автотранспорта,
промышленных предприятий, дождя, ветра и т.п.).
Можно отметить, к примеру, что вероятность ложной тревоги
от самолета, пролетающего на высоте 3...4 км, превышает 0,1 для
большинства ССО, а в целом ряде случаев интенсивность помех
бывает такова, что Робн может снизиться до 0,5. Обычно ССО имеют
среднее время наработки на ложное срабатывание Тлт= 20 ч, на 1-2
порядка уступая средствам обнаружения, имеющим активный
принцип действия (радиолокационные, радиолучевые, активные
инфракрасные). Низкая помехоустойчивость ограничивает тактические
возможности сейсмических средств, снижает доверие
обслуживающего персонала к ССО. Однако, несмотря на это и учитывая
вышеупомянутые достоинства ССО, на сегодняшний день сохраняется
интерес различных служб охраны, а также разработчиков
сигнализационной техники к СО данного типа. Возможности доведения ТТХ
ССО до приемлемого уровня реализуются в первую очередь за счет
усложнения обработки сигналов от ССО.
Принцип действия сейсмических средств охраны основан на
регистрации (обнаружении) колебаний, возникающих в грунте при
перемещении человека по поверхности земли. Чувствительные
элементы, установленные в поверхностном слое грунта на глубине
20...50 см, преобразуют сейсмические колебания в электрические
сигналы, поступающие на вход СО. Участок местности, преодоление
которого должно быть обнаружено сейсмическим средством,
называется зоной обнаружения (30). ССО можно условно разделить на
два класса: для блокирования малых участков местности и для
охраны протяженных рубежей. Исходя из особенностей решаемых
тактических задач, первые обычно имеют 30 близкую по форме к кругу,
радиус которого не превышает 3...5 м. Протяженность зоны
обнаружения ССО второго класса находится в пределах от 10 до 100 м,
а ширина - от 5 до 20 м. В качестве чувствительных элементов
используются точечные ЧЭ - сейсмоприемники и протяженные ЧЭ -
трибокабели, эластичные трубы с жидкостью, соединенные с
датчиками давления, или волоконно-оптические преобразователи.
Одним из самых распространенных вариантов ССО для
протяженных рубежей является вариант, когда точечные
чувствительные элементы устанавливаются в один или два ряда, образуя
линейную часть сигнализационного средства на охраняемом рубеже.
В связи с тем, что на выходе ЧЭ наряду с полезным сигналом
(ПС) S(t) присутствуют помехи n(t) различного происхождения,
задача обнаружения ПС носит вероятностный характер, т.е. всегда есть
возможность принять помеху за полезный сигнал (ложная тревога)
с вероятностью Pm или не обнаружить полезный сигнал,
замаскированный помехами с вероятностью Рп (пропуск сигнала). Обычно
в тактико-технических требованиях на сигнализационные средства
задают среднее время наработки на ложное срабатывание
Tm>100...500 ч (Тяг обратно пропорционально Pm) и вероятность об-
186
наружения Роб„>0,9...0,97 (Росн=1-Рп)- Вероятностные
характеристики (Тлт и Робн) должны сохраняться при воздействии помех от
автомобильного транспорта, промышленных предприятий, самолетов,
колебаний деревьев и кустарника при ветре и т.п.
В дальнейшем будем говорить о ССО применительно к
участкам местности. Использование данного типа СО внутри зданий и
помещений существенно затруднено ввиду того, что сооружения
представляют собой сложные резонирующие структуры с регулярными
и нерегулярными узлами жесткости. К тому же в зданиях, как
правило, сосредоточены источники разнообразных помех:
электродвигатели лифтов и холодильных установок, двери и т.д.
Экспериментальные измерения, проведенные для обнаружителя с ССО в
помещениях, показывают, что Тпт в этих условиях составляет не более
10... 15 мин. При этом не удается обеспечить надежное обнаружение
объекта на всей площади охраняемого помещения.
Определенные ограничения существуют и при использовании
ССО в условиях города. Трассы движения городского транспорта с
интенсивностью потока более одного автомобиля в секунду
допустимы на расстояниях свыше 100 м от 30. По территории
охраняемого объекта на расстояниях свыше 20 м от зоны обнаружения
возможен проезд автомобилей со скоростью до 40 км/ч (в среднем не
более одного автомобиля за 5...10 ч). Учитывая редкость одиночных
проездов, допустимая вероятность ложной тревоги не превышает
0,05...0,1. Пролет реактивного или винтового самолета возможен на
высоте более 1...3 км. Обычно интенсивности полетов одного
самолета в час соответствует Рлт<0.002.
ССО предназначены для обнаружения человека,
перемещающегося шагом и бегом со скоростью 0,5...6 м/с. Наиболее трудно
выполнимо требование по вероятности обнаружения человека,
движущегося с минимальной скоростью, поэтому в дальнейшем задача
обеспечения надежного обнаружения объекта-нарушителя (РОбн>0,9)
рассматривается применительно к скорости преодоления
человеком 30 равной 0,5 м/с.
При установке сигнализационного средства на охраняемом
рубеже желательно иметь визуально маскируемую линейную часть,
не нарушать экологию окружающей среды, например, не
производить засоления почвы с целью предотвращения ее замерзания и т.п.
Непосредственно в зоне обнаружения допускается наличие травы,
мелкого кустарника, а на расстоянии свыше 5...10 м от зоны
обнаружения - крупных деревьев.
К настоящему времени для охраны объектов, периметров и
рубежей разработаны комплексы охранной сигнализации,
включающие в свой состав станционную аппаратуру управления и отображе-
187
ния информации, а также определенную номенклатуру средств
обнаружения. Вновь создаваемые ССО предназначены для
расширения функциональных возможностей этих комплексов, в том числе
для охраны объектов, расположенных на территориях с сильно
пересеченным рельефом местности, а также для блокирования таких
участков, где необходима максимальная маскируемость линейной
части средства обнаружения. Большое число ССО,
устанавливаемых на одном объекте (свыше 10 шт.), приводит к необходимости
повышения Тпт до 200...500 ч.
5.2. Основы теории возбуждения и распространения
сейсмических волн
Учитывая сложность обработки сейсмосигналов,
познакомимся с основами теории, рассматривающей процессы возбуждения
сейсмического сигнала и его прохождения от источника до
приемника. Это поможет при рассмотрении углубленного подхода к
принципам создания и применения ССО.
Факторами, влияющими на характеристики динамических волн
в физических средах и, соответственно, - на параметры
принимаемого сигнала, являются:
- условия возбуждения колебаний;
- фильтрующие свойства реальных физических сред,
обусловленные их характеристиками (упругостью, поглощением),
наличием слоистых и местных неоднородностей;
- фильтрующие свойства приемной аппаратуры, включая и
свойства колебательной системы "приемник-почва".
Механизм возбуждения сейсмических колебаний
человеком. Известно большое количество работ, посвященных различным
аспектам естественного передвижения человека. Наиболее детальное
исследование динамического воздействия человека на опору
проведено НА Берштейном [30]. Используя хроно-циклографический метод,
группа исследователей под его руководством определила различные
характеристики (в том числе и составляющие опорных реакций) ходьбы
и бега при естественных локомоциях (походках) человека. Ходьба
человека по горизонтальной поверхности представляет собой
непрерывный ряд последовательных приподниманий и опусканий всех частей
человеческого тела (рис.5.1,а).
В результате неуравновешенности вертикальных смещений
общий центр масс тела (ОЦМТ) испытывает периодические
колебания сложной формы. В вертикальной плоскости траектория центра
тяжести (циклограмма) представляет собой кривую, близкую к сину-
188
соиде, обладающую периодом одиночного шага и амплитудой
3,5...6 см. Такие изменения положения центра тяжести определяют
значения горизонтальной скорости и величины реакции на опору при
движении.
При рассмотрении циклограммы (рис. 5.1,6) видим, что
снижение ОЦМТ совпадает со второй половиной опорного времени, т.е.
когда опорная нога находится сзади от ОЦМТ. В этом положении
нарушено равновесие, и тело начинает падать вперед. Тем
временем другая нога выносится вперед и в некоторый момент создает
новую опору. Теперь, за счет своей кинетической энергии, ОЦМТ
поднимается вверх (подобно прыгуну с шестом). И так процесс
повторяется снова.
При подхватывании падающего ОЦМТ передней ногой
возникает вертикальное усилие в этой ноге, которое превышает массу
тела человека, так как оно должно вызвать затем ускорение тела
вверх. Опорная реакция передней ноги (первый толчок) направлена
по одной прямой с инерционным противодействием ОЦМТ, т.е.
вверх и назад.
После переноса тела вперед активно осуществляется второй
толчок носком опорной ноги от путевой поверхности. Таким образом,
кривая вертикальной составляющей опорной реакции имеет
достаточно выраженную двухвершинность (рис. 5.1,.в).
ОЦМТ
Рис. 5.1. Положение ОМЦТ (а), циклограмма (б) и опорная реакция
при ходьбе (в) и беге (г)
189^
При переходе к бегу двухвершинность графика опорной
реакции становится менее выраженной. Амплитуда толчков (особенно
первых) возрастает, на графике появляется интервал времени, когда
отсутствует опорная реакция (фаза "полета") (рис.5.1,г).
Условия возникновения и распространения
сейсмического сигнала. Определение сейсмического поля в упругом
полупространстве при произвольном, нормальном к поверхности,
воздействии относится к решению задачи Лэмба [162]. Краткое ее изложение
сводится к следующему. На свободной поверхности X,Y
полупространства, заполненного средой с постоянными Ламе kv\ \х\л
плотностью среды р, в точке 0 действует нормальная к поверхности сила
FZz (t) (рис.5.2.). Ось Z направлена внутрь среды. Требуется
определить поле смещений внутри и на поверхности упругой среды.
! О
■
У
z
Рис. 5.2. Действие силы на упругую полуповерхность
Применяя аппарат комплексных волн, С.Л. Соболев решил
эту задачу для смещения в произвольной точке, а решение, в
котором используется метод неполного разделения переменных, было
получено Г. Петрашенем. Это решение может быть использовано
и для слоя, лежащего на упругом полупространстве.
При приеме прямых волн, особое внимание заслуживает
описываемая в [162] поверхностная волна, ослабление амплитуды
которой от расстояния г изменяется как Vr. Этот тип волны впервые
открыл Релей, который показал, что вдоль плоской границы
бесконечного упругого полупространства, на которой отсутствуют
напряжения, могут распространяться плоские гармонические волны,
затухающие с глубиной.
Релеевская плоская гармоническая волна состоит из двух
неоднородных волн - продольной и поперечной, которые
распространяются вдоль границы полупространства со скоростями: а -
скорость продольной волны; р - скорость поперечной волны; С -
фазовая скорость вдоль оси X..
190
Решение системы уравнений поля смещений частиц упругого
полупространства с учетом граничных условий относительно
скоростей называется уравнением Релея (5.1):
1 1
(5.1)
Отношения С/а и С/В зависят только от коэффициента
Пуассона v, характеризующего параметры среды:
Я
v = ■
При значениях 0<v<0,5, которые соответствуют реальным
средам, уравнение Релея (5.1) имеет один корень, лежащий между
нулем и единицей. Приближенно этот корень можно найти из
соотношения:
_ 0.87 + 1.12v
С = а .
1 + v
(5.2)
При изменении v от 0 до 0,5 фазовая скорость волны
монотонно изменяется от 0,87 а до 0,96а.
Наиболее хорошо изучено распространение плоской
гармонической релеевской волны.
На границе Z=0 эти волны взаимно компенсируют
создаваемые ими напряжения. Смещения в направлениях X и Z
определяются выражениями:
' -Я Z 2а Я
И
и7 = Ад.
-д
к2 о. <;
KR+S
2Ki
-v
2
R
sin [KRx - u>t\
-sz
COS
что при Z=0 представляется как
К2 S2
R R
(5.3)
1-
R + SRJ
cos (кRX-cot),
191
Более подробно описание коэффициентов KR, gR, SR и др.,
характеризующих среду и параметры распространения сейсмических
волн, см. в [162].
Из (5.3) видно, что компоненты смещения сдвинуты по фазе на
90°, поэтому траектории частиц в среде представляют из себя
эллипсы. Результаты, полученные для плоской гармонической
релеевской волны, были обобщены для более общего случая колебаний,
в том числе и для многослойного полупространства.
На практике предпринимались попытки приближенно описать
распространение поверхностной волны в виде выхода линейного
фильтра с коэффициентами, зависящими от расстояния между
источником и приемником сейсмических волн. Такое описание для
случая сферического источника в упругой среде, позволяет
применять достаточно простую физическую интерпретацию результатов
и получать законы распространения релеевской волны при любом
воздействии.
Для амплитуды релеевской волны справедливы следующие
приближенные выражения:
III I •* I r-
о -
где UZi - амплитуда вертикальных смещений в релеевской волне,
возбужденной сосредоточенной нормальной силой Fo; Uz2 -
амплитуда вертикальных смещений в релеевской волне, возбужденной
сосредоточенной тангенциальной силой F-i; К - коэффициент,
зависящий от состава почвы.
График, показывающий изменение амплитуд продольной и
поперечной составляющих релеевской волны, приведен на рис 5.3.
Рис. 5.3. Распределение амплитуд вертикальных смещений по глубине
192
При распространении сейсмических волн в реальных средах,
кроме уменьшения амплитуды с увеличением расстояния,
происходит еще большее их ослабление, вызванное поглощением сигнала
не абсолютно упругой средой.
Явления, которые происходят при поглощении, можно
пояснить с помощью теории упругого последействия и теории вязкого
трения.
Первая объясняет поглощения тем, что мгновенные значения
напряжения определяются не только мгновенным значением
деформации, но и ее значениями в предшествующее время. Теория
вязкого трения опирается на предположение о наличии вязкого
трения между соседними частицами среды, вследствие чего
мгновенное значение напряжения дополнительно зависит от скорости
деформации.
Затухание плоской гармонической волны в неидеально
упругом твердом теле описывается зависимостью
где Дх - расстояние между точками измерения, у - коэффициент
поглощения, а выражение для смещения ur на расстоянии г от
источника определяется:
1 -уг
иг=~гиое ■
где и0 - амплитуда смещения вблизи источника.
Согласно теории вязкого трения
у = Ьш2,
где о - частота колебаний; Ь - коэффициент затухания.
Теория упругого последействия предсказывает относительно
сложный характер связи коэффициентов поглощения с частотой, но
в достаточно широкой области частот (3...50 Гц) зависимость близка
к линейной:
где Ь2 - линейный коэффициент затухания.
Математическая модель сейсмического сигнала. Типовые
реализации сигналов, возникающих при движении человека через
зону обнаружения со скоростью 1 м/с (шаг) и 4 м/с (бег), приведены
на рис.5.4. Сигналы представляют собой импульсные
последовательности. Флюктуации амплитуды импульсов объясняются
наличием неровностей рельефа, неоднородностями поверхностного покро-
193
ва и т.п. Огибающая всей импульсной последовательности
определяется скоростью изменения расстояния между точкой воздействия
на грунт и местом установки сейсмоприемника (СП).
Ходьба
Бег
Ходьба
■> t
Рис. 5.4. Реализация сигнала при движении человека в зоне
точечного СП
На рис. 5.5 приведены мгновенные спектры сигналов при
движении человека со скоростью 0,5 м/с на расстоянии 1 м от СП по
дорожке с травяным покровом (а), по грунтовой дороге с твердым
покровом (б) и по асфальтовой дорожке (в). Ширина спектров сигналов
по уровню -20 дБ составляет соответственно 83 Гц, 92 Гц и 98 Гц,
т.е. уменьшается при наличии мягкого поверхностного покрова.
Таким образом, экспериментально подтверждается зависимость
ширины спектра от состояния поверхностного покрова земли. Мягкая
поверхность (размокший грунт, толстый слой дерна) способствует
формированию сигнала со спектром, максимум которого смещается
от 50 Гц в низкочастотную область. Однако в большинстве случаев,
характерных для охраны объектов, сигнал имеет ширину спектра от
55 до 100 Гц. Наличие отдельных локальных минимумов в спектрах
объясняется отражениями сигналов от неоднородностей в грунте
и последующим сложением прямого и отраженного сигналов в точке
установки СП.
G(co)
со
Рис. 5.5. Экспериментальные зависимости ширины спектра сигналов
от состояния поверхностного покрова земли
194
Обобщая результаты анализа процессов, происходящих при
формировании сигнала на выходе сейсмоприемника, запишем его
выражение для однородного грунта с твердой поверхностью.
Полезный сигнал (далее обозначенный S(t)) можно описать выражением
где N - количество шагов в зоне обнаружения; <psi - начальная фаза;
Aoi(t) - функция, описывающая огибающую пачки импульсов.
Принято считать, что начальные фазы импульсов cpsi являются
независимыми случайными величинами, имеющими равномерное
распределение от 0 до 2п. Функция A^t) может быть определена из
анализа спектра сигнала.
5.3. Помехи в ССО
1-й тип - стационарная помеха во времени и пространстве.
К этому типу помехи следует отнести реализации геосейсмического
фона, которые сохраняют свою стационарность в течение периода
времени более часа и имеют широкий спектр. Такой тип помехи
присутствует всегда, поэтому обнаружить другой тип помехи и полезный
сигнал можно лишь при условии, что они отличаются своими
статистическими свойствами от помехи 1-го типа. Учитывая, что точность
пересекаемого рубежа 300...500 м, можно построить
многоканальную систему, состоящую из 40...50 сосредоточенных каналов, по
данным из которых во времени и пространстве проверяются
гипотезы об однородности выборки из генеральной совокупности. При
выборе обрабатывающих алгоритмов обнаружения здесь могут быть
полезны как параметрические критерии (Стьюдента, Хи-квадрат,
Фишера и пр.), так и непараметрические (Колмогорова-Смирнова,
Вилкоксона и др.).
Выбор того или другого критерия может быть обоснован
статистическими свойствами геосейсмического шума (микросейсм),
действующего в данном географическом районе в определенное
время суток.
К стационарной во времени и пространстве помехе следует
отнести и наличие снежного покрова до 1 м и, промерзание грунта
до 1 м. Такой тип помехи действует длительное время и практически
однороден по всему пространству. Априори этот тип помехи должен
вызывать ослабление сигнала и изменение его спектрального
состава. Методы борьбы с помехой типа геосейсмический фон плюс
195
снежный покров и/или промерзание грунта остаются теми же
самыми, что и при действии одиночного геосейсмического шума, но
предполагается значительное уменьшение предельной дальности
обнаружения.
Н-й тип - нестационарная в пространстве и стационарная
во времени помеха. К этому типу помех следует отнести помехи,
действующие длительное или постоянное время в определенном
месте охраняемого рубежа, а именно:
-линии электропередачи, расположенные на расстоянии
более 100 м от рубежа;
- качание ветвей, травы (до 1 м), кустарника и деревьев на
рубеже;
- волнение моря до 6 баллов и удаление от кромки воды
(берега) на расстояние более 30 м;
- движение железнодорожного электрифицированного
транспорта на расстоянии более 500 м от рубежа (исключая случай
движения вдоль охраняемого рубежа);
- движение колесного автотранспорта (по шоссе или грунтовой
дороге со скоростью 60 км/ч, удаленного от рубежа на расстояние
более 50 м);
- шум, вызванный жизнедеятельностью населенных пунктов
с числом жителей до 10 тыс. и удаленных от рубежа на расстояние
более 500 м.
Действие такой помехи может быть либо априори известным
(для случая постоянно действующей помехи), либо обнаружено при
сравнении статистических свойств сигналов по времени и
пространству ранее перечисленными критериями.
При действии одновременно помех 1-го и 11-го типов
значительный интерес представляет определение частотного диапазона
действующей помехи, возможность ее ослабления за счет
временной фильтрации, а также изучение скоростных параметров волн -
помех с целью применения пространственной фильтрации.
Полезным методом борьбы с помехами 11-го типа может
явиться компенсационный способ, позволяющий по измеренным
внешним параметрам изменить порог обнаружения или
непосредственно компенсировать помеху (волнение моря, качание ветвей,
движение колесного, гусеничного и железнодорожного транспорта).
111-й тип - нестационарная во времени и стационарная
в пространстве помеха. К этому типу следует отнести помехи,
действующие на значительной части охраняемого рубежа в течение
определенного промежутка времени, а именно:
- пролет авиатранспортных средств - как винтомоторных, так
и реактивных - на высоте не менее 1000 м над рубежом;
196
- песчано-пылевые бури со скоростью потока до 30 м/с;
- осадки в виде дождя интенсивностью до 40 мм/ч;
- осадки в виде снега интенсивностью до 10 мм/ч (в пересчете
на воду);
- раскаты грома;
- наводки грозовых разрядов.
Методы обнаружения действия такой помехи основываются на
тех же способах, что и при действии помехи И-го типа, только
используемой здесь оценкой будет нестационарность во времени
и стационарность в пространстве.
Действие этого типа помех при одновременном действии
помех И-го и 1-го типа может быть ослаблено за счет
пространственной и частотной фильтрации, а также действием компенсаторных
систем, работающих в нужный момент времени.
IV тип - нестационарная во времени и пространстве
помеха. К этому типу можно отнести помехи, действующие в локальном
месте охраняемого рубежа и в определенное время, а именно:
- перемещения вдоль блокируемого рубежа человека или
группы людей со скоростью до 5 км/ч;
- пролет вертолетов на высоте не менее 70 м над рубежом;
- блуждающие токи земли;
- пересечения охраняемого рубежа мелкими (массой до 30 кг)
и крупными животными.
Этот тип помехи наиболее сходен с полезным сигналом,
поэтому при обнаружении действия этого типа помехи при оценке
стационарность - нестационарность во времени и пространстве
требуется по обнаруженному сигналу (помехе) определить параметры
объекта: скорость, направление движения, массу.
При выделении сигнала при действии помех IV-ro типа
полезно использовать следующие три подхода:
- многоканальное обнаружение;
- методы классификации образов;
- таксономическое многоканальное обнаружение.
Первый подход основан на статистических принципах
обнаружения детерминированного сигнала с изменяющимся параметром.
При работе такого средства обнаружения могут быть получены
хорошие результаты при небольшом числе изменяющихся параметров
сигнала, известных функциях распределения помехи и линейной
зависимости функции сигнала от параметра.
Второй подход в основном использует детерминистские
принципы и слабо зашумленную обучающую выборку. Хорошие
результаты при этом подходе следует ожидать при
неперекрываемости распознаваемых образов.
197
Третий подход основан на комбинации первых двух. Для его
реализации используются как детерминистские, так и
статистические принципы. Детерминистский подход основан на поиске
"сгустков" реализаций сигналов в гиперпространстве заданных признаков,
т.е. на решении задачи таксономии. "Сгустки" точечных реализаций
сигнала тесно связаны с совместной плотностью распределения
многопараметрического сигнала. Центры выбранных таксонов
определяют сигнал, на который должен быть настроен канал, а число
таксонов определяет число каналов. Обнаружение в каждом канале
осуществляется обычными статистическими методами, например,
с помощью корреляционного приема. Это средство обнаружения
было опробовано на моделях реальных сигналов и показало практически
100%-е обнаружение при отношении сигнал/шум равном единице.
Таким образом, наиболее вероятный путь решения задачи
с применением сосредоточенных приемников - это разделение
помех с поэтапным обнаружением и применением интерференционных
сейсмических систем (антенн).
Система обнаружения такого типа должна включать в себя две
подсистемы:
- подсистему постоянного слежения;
- подсистему детального слежения.
Подсистема постоянного слежения снимает информацию со
всего рубежа охраны с разрешением по расстоянию 500... 1000 м.
В случае появления сигнала, отличного от характеристик
сейсмического шума, подсистема постоянного слежения передает
"подозреваемый" участок системе детального слежения, которая должна
окончательно принять решение о сигнале или помехе. В случае
обнаружения помехи П-го и 111-го типа подсистема детального слежения
отключается от выбранного участка. Если обнаружена помеха IV-ro
типа, то слежение выполняется вначале на этапе отбраковки
сигналов вертолетов и животных от людей, а затем, в случае
обнаружения человека (или группы), идентифицирует объект по координатам
местоположения. Подсистема постоянного слежения ведет
непрерывное наблюдение за рубежом и должна работать на простых
критериях обнаружения. Для приема сигнала эта подсистема должна
использовать группы сейсмоприемников (антенн) для каждого
канала с целью увеличения предельной дальности обнаружения.
Одним из возможных вариантов расстановки
сейсмоприемников является расстановка вдоль линии охраняемого рубежа через
малое расстояние (5...25 м). Сигнал от группы в 20...40 датчиков
соответствующим образом суммируется и передается в канал для
подсистемы постоянного обнаружения. Для детального обнаружения
используется нужная группа из заданного числа датчиков.
198
5.4. Чувствительные элементы ССО
В качестве чувствительных элементов, предназначенных для
преобразования механической энергии сейсмических колебаний
в электрический сигнал, могут быть использованы:
- точечные чувствительные элементы (сейсмоприемники);
- протяженные чувствительные элементы.
Самым распространенным типом точечного чувстви-тельного
элемента является сейсмоприемник электро-динамического типа.
Такие сейсмоприемники широко используются в геологии при
сейсморазведке и выпускаются отечественной промышленностью для
этих целей (СВ-5, СВ-10, СГ-10, СВ-20). Конструкция их
представляет из себя герметичный корпус, внутри которого находится
магнитная система 1 (рис 5.6).
В зазоре магнитной системы свободно перемещается катушка
индуктивности 2, подвешенная на гибких подвесах 3. ЭДС
самоиндукции, возникающая при движении катушки, поступает на внешние
выводы.
Рис.5.6. Конструкция электродинамического сейсмоприемника
Известны также другие типы точечных чувствительных
элементов: пьезоэлектрические, тензометрические и др. Однако в силу
различных недостатков они практически не применяются.
В качестве протяженного чувствительного элемента, как
правило, используется линия, образованная цепочкой последовательно
соединенных электродинамических сейсмоприемников. На выходе
такой линии происходит суммирование сигналов от отдельных СП.
Типичное количество СП в линии - 10...20, расстояние между СП -
5...10 м.
199
5.5. Рекомендации по закреплению знаний
С целью закрепления знаний по данной теме предлагается
выполнить лабораторную работу, для чего необходимо изучить
названные выше алгоритмы, пользуясь соответствующей
литературой. Методика постановки экспериментов с ССО предполагает
следующее.
Необходимо выбрать место установки ЧЭ или линейной
части (ЛЧ), правильно осуществить установку и обеспечить полноту
статистики.
ЧЭ следует устанавливать на достаточно плоском участке
местности с обеспечением максимально возможной однородности
грунта в 30.
При исследовании помехоустойчивости ССО в условиях
различных помех должно быть обеспечено наличие источников помех
в 30.
Установку ЧЭ или ЛЧ ССО проводят на глубине от 10 до 50 см
с обязательным уплотнением грунта вокруг СП для обеспечения
хорошей механической связи. Хорошие результаты дает увлажнение
грунта. Кроме того, необходимо обеспечить герметичность самого
СП и подводящих линий.
Для обеспечения полноты статистики проводят необходимое
количество экспериментов в различных условиях, отличающихся:
- по характеристикам объекта (масса, скорость, траектория
движения);
- по климато-метеорологическим признакам;
- воздействием определенного типа помех.
Количество производимых экспериментов определяется
требованиями по вероятности обнаружения при заданной
доверительной вероятности.
Для проведения лабораторной работы должны быть
предложены реализации полезных и помеховых сигналов, записанные на
полигоне, например, в следующих условиях:
- сезон - лето, грунт обычной влажности;
- объект - человек массой около 60 кг, перемещающийся на
расстоянии 2...4м от СП;
- СП - СВ-5;
- усилитель - 20 дБ, с границей полосы пропускания 125 Гц;
- АЦП - L-202, 12 разрядов;
- частота дискретизации - 250 Гц.
При проведении лабораторной работы необходимо будет
выполнить следующие этапы:
1. Оценка соотношения сигнал/помеха во входной реализации:
200
А
и _ max
где Amax - максимальная амплитуда сигнала; ап- дисперсия помехи.
2. Вычисление энергетического спектра помехи Gn(co) и сигнала.
3. Вычисление параметров фильтра К(ю ).
4. Обработка реализации сигнал плюс помеха.
5. Оценка соотношения сигнал/помеха на выходе фильтра И:
и, соответственно, выигрыша НМНо при использовании такого
фильтра.
Все перечисленные операции должны быть выполнены на
ПЭВМ с использованием какого-либо математического пакета,
имеющего в своем составе процедуры вычисления статистических
характеристик, быстрого преобразования Фурье и реализацию
фильтров по заданным характеристикам.
Выводы
1. Сейсмические СО обладают низкой помехоустойчивостью,
поэтому используются:
- в качестве средств контроля территории;
- в составе комбинированных СО;
- вне городской черты.
2. Сейсмическое СО является маскируемым.
3. Полезный сигнал в ССО формируется за счет
неуравновешенности вертикальных смещений общего центра масс тела
человека-нарушителя.
4. Полезный сигнал представляет собой импульсные
последовательности.
5. Помехи в ССО делятся на стационарные и нестационарные
во времени и пространстве.
6. В качестве чувствительных элементов могут применяться
точечные и распределенные датчики.
201^
Контрольные вопросы к гл. 5
1. В чем состоит принцип действия ССО?
2. Каковы основные достоинства и недостатки ССО?
3. Опишите процесс возникновения сейсмических колебаний при
передвижении человека.
4. Какой тип волн представляет основной интерес для ССО?
5. Как может быть описана математическая модель сейсмического
сигнала при передвижении человека?
6. Опишите основные типы помех, воздействующих на ССО.
7. Какие основные подходы используются для выделения сигналов от
ССО на фоне помех?
Глава 6
МАГНИТОМЕТРИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ОБНАРУЖЕНИЯ
Магнитометрические средства обнаружения (МСО)
предназначены для регистрации факта проноса в их чувствительной зоне
предметов, выполненных из металлов или их сплавов.
6.1. Виды магнитометрических СО, принципы их действия
МСО различают по физическим принципам действия,
заложенным в основу построения средств обнаружения (СО), как то:
- с использованием эффекта переизлучения сигнала (СОП);
- с использованием эффекта биения частоты (СОБ);
- с использованием эффекта самоиндукции (СОИМ);
- с использованием эффекта локального искажения
магнитного поля Земли (магнитометр, СОМ).
Рассмотрим кратко физическую суть изложенных принципов
[25; 34; 112; 126].
СО с использованием эффекта переизлучения сигнала
(СОП). СОП содержит две катушки - передающую и приемную. На
передающую катушку подается опорный сигнал, частота и
амплитуда которого постоянны во времени. Посредством передающей
катушки этот сигнал излучается в окружающую среду. За счет явления
самоиндукции во встреченном на пути сигнала проводящем
предмете наводится ЭДС, которая в свою очередь вызывает излучение
этим предметом "вторичного" поля, т.е. имеет место переизлучение
сигнала.
Переизлученный сигнал принимается приемной катушкой
СОП. Для ослабления эффекта прямого наведения ЭДС на
приемную катушку от передающей, катушки располагают под углом друг
к другу или даже разносят в пространстве.
Данное МСО обладает селективностью - четко выраженной
способностью различать объекты, изготовленные из различных
металлов и сплавов, по фазе отраженного сигнала за счет оптимизации
выбора частоты сигнала излучающей катушки.
Уровень сигнала, наводимого в приемной катушке, обратно
пропорционален 6-7-й степени расстояния до обнаруженного
предмета, т.е. при увеличении расстояния от приемной катушки до обна-
203
руживаемого предмета в 2 раза уровень сигнала U в приемной
катушке уменьшится более чем в 2 раза и его новая величина Ui будет
находиться в пределах:
СОП имеет четко выраженную диаграмму направленности. За
счет этого он теоретически обладает максимальной
помехоустойчивостью по сравнению с другими типами СО аналогичного назначения.
Схема применяется в подавляющем большинстве зарубежных
СО. Обладает свойством обнаруживать объекты с минимальными
размерами по сравнению с другими СО.
СО с использованием эффекта переизлучения сигнала,
содержащее одну катушку индуктивности для передачи и приема
сигналов (СОИН). Это частный случай СОП. СОИН содержит только
одну катушку индуктивности, возбуждаемую переменным током. При
приближении катушки к металлическому предмету появляется
переизлученный сигнал, который наводит в ней дополнительную ЭДС.
Уровень сигнала, наводимого в катушке, обратно
пропорционален 6-й степени расстояния до обнаруженного предмета, т.е. при
увеличении расстояния от катушки до обнаруживаемого предмета
в 2 раза уровень сигнала U в катушке уменьшится более чем в
2 раза и его новая величина Ui составит:
ил£±. (6.2)
СОИН сочетают в себе чувствительность и селективность к
металлам СОП и простоту конструкции СОБ, который будет
рассмотрен ниже. Недостаток - необходимость компенсации изменения
параметров катушки индуктивности от температуры, так как в
принципе действия СОИН заложено не только реагирование на полезный
отраженный сигнал, но и на любое изменение параметров
чувствительного элемента (катушки индуктивности).
СО с использованием эффекта биения частоты (СОБ).
СОБ содержит два генератора, частоты которых при отсутствии
внешних дестабилизирующих факторов равны.
Генераторы отличаются друг от друга тем, что частота первого
стабильна и не зависит от внешних дестабилизирующих факторов,
а частота второго может меняться.
Частоты генераторов поступают на устройство сравнения,
выделяющее разностную частоту. Сигнал на выходе устройства
появляется только в случае неравенства частот и он тем выше, чем
больше это неравенство.
204
Изменение частоты второго генератора происходит за счет
изменения параметров колебательного контура, определяющего
частоту настройки генератора. Индуктивность колебательного
контура может меняться за счет приближения последнего к
металлическому предмету.
Таким образом, при отсутствии металла частоты генераторов
равны и разностный сигнал равен нулю. Наличие металла приводит
к перестройке контура не стабильного по частоте генератора и
появлению разностного сигнала ("биение частоты").
Уровень разностного сигнала обратно пропорционален 6-й
степени расстояния от обнаруженного предмета, т.е. при увеличении
расстояния до обнаруживаемого предмета в 2 раза уровень сигнала
уменьшится более чем в 2 раза и его новая величина Ui составит:
U,<±. (6.3)
По сравнению с другими типами МСО, СОБ обладает малой
дальностью обнаружения вследствие эффекта паразитной
синхронизации (за счет неизбежного паразитного проникновения частоты
одного генератора в цепь другого). Селекция по металлам отсутствует.
Рассмотренный принцип действия СО широко использовался
в первых промышленных моделях миноискателей.
СО с использованием эффекта самоиндукции (СОИМ).
Принцип действия СОИМ похож на СОП. Отличие заключается
в том, что в СОП сигнал излучается и принимается непрерывно,
например, в виде импульсной последовательности, а в СОИМ - в виде
одиночных импульсов. В состав СОИМ обычно входят генератор
импульсов тока, приемная и излучающая катушки, устройство
коммутации и блок обработки сигналов.
Уровень сигнала, наводимого в приемной катушке, обратно
пропорционален 4...6-й степени расстояния до обнаруженного
предмета, т.е. при увеличении расстояния от приемной катушки до
обнаруживаемого предмета в 2 раза уровень сигнала в приемной
катушке уменьшится более чем в 2 раза и его новая величина Ui
будет находиться в пределах:
Практически отсутствует селекция по металлам.
Существенный недостаток СОИМ в том, что он является источником помех
импульсного характера.
СО с использованием эффекта локального искажения
магнитного поля Земли (магнитометр, СОМ). Принцип действия
этого вида СО основан на явлении локального искажения магнитного
205
поля Земли ферромагнитными материалами. Он обладает
максимальной дальностью обнаружения. Это объясняется тем, что
аналогом излучаемого поля для магнитометров является сильное
однородное магнитное поле Земли, поэтому отклик на ферромагнитный
предмет обратно пропорционален 3-й степени расстояния, т.е. при
увеличении расстояния от катушки до обнаруживаемого предмета
в 2 раза уровень сигнала в катушке уменьшится более чем в 2 раза
и его новая величина Ui составит:
U,<^. (6.5)
К недостаткам СОМ, как правило, следует отнести большие
габаритные размеры и массу, а также невозможность обнаружения
предметов из цветных металлов.
6.2. Основные характеристики МСО
Условно все МСО можно разделить на пассивные и активные.
На практике в оперативных мероприятиях стараются применять
пассивные МСО, т.е. такие, собственное излучение у которых
отсутствует. Пассивные МСО значительно труднее обнаружить, а значит
легче камуфлировать. Активные МСО (собственное излучение
присутствует) применяют в тех случаях, когда не требуется их
камуфлировать по излучению (например, в аэропортах для контроля багажа
пассажиров, в миноискателях).
К активным МСО можно отнести СОП, СОБ, СОИН и СОИМ,
к пассивным - СОМ.
Главное назначение МСО - поиск оружия. Поэтому, к
основным характеристикам МСО можно отнести дальность обнаружения
металлических предметов (огнестрельное оружие, мины) и
помехоустойчивость.
Основные характеристики рассмотренных типов МСО сведены
в морфологическую табл. 6.1.
Из табл. 6.1. видно, что наибольшую дальность обнаружения
имеет пассивное средство СОМ, а наиболее помехоустойчивым
является активное средство СОП. В то же время СОП позволяет
определить вид металла, из которого изготовлен обнаруженный предмет.
На практике СОМ часто используется в камуфлируемой
аппаратуре для обнаружения оружия. Такая аппаратура устанавливается
скрытно и может работать длительное время в автономном
режиме, так как собственное потребление СОМ незначительно или
отсутствует (например, СОМ можно выполнить в виде катушки индуктив-
206
Таблица 6.1. Основные характеристики МСО
Тип СО
соп
СОБ
СОИН
СОИМ
СОМ
Дальность
обнаружения
пистолета
Макарова, м
0,5
0,1
0,4
0,5
1
Возможность
селекции
цветных металлов
Имеется
возможность
определения
зида металла
Отсутствует
Аналогично
СОП
Отсутствует
Отсутствует
Сравнительная
помехоустойчивость
Зысокая Имеется возможность
отстройки от внешних дестабилизи-
эующих факторов
Слабая. Имеется возможность па-
зазитной синхронизации
Слабая. Зависит от колебаний тем-
1ературы
Высокая. Имеется возможность
отстройки от внешних дестабилизи-
эующих факторов. Является
источником помех импульсного характера
Слабая. Чувствителен к
знешним магнитным полям
ности с большим числом витков). Благодаря пассивному характеру
работы СОМ обнаружить такую аппаратуру по собственному
излучению очень трудно. Наиболее важной характеристикой СОМ в этом
случае является именно дальность обнаружения, так как
специальные методы обработки сигналов позволяют существенно
скомпенсировать чувствительность устройства к помехам.
Наиболее характерная область применения СОП -
миноискатели. В этой аппаратуре идеально сочетаются сравнительно малые
массогабаритные характеристики СОП с его высокой
помехоустойчивостью. Дальность обнаружения не имеет существенного
значения, так как мины часто устанавливают на малой глубине.
Собственное излучение СОП в данном случае значения не имеет.
6.3. Характерные помехи при применении МСО
и способы их компенсации
Условно помехи МСО можно разделить на внутренние и
внешние. К внутренним помехам относятся помехи, создаваемые
собственно работой МСО (например, СОИМ является источником
импульсных помех, которые влияют и на его работу), и собственные
207
шумы МСО. Для борьбы с внутренними помехами применяют
различного рода экраны и развязки (импульсные помехи), используют
комплектующие элементы с малым уровнем шума.
К внешним помехам можно отнести помехи от работы
различного рода электрооборудования (обычно имеют место в населенной
местности или в промышленной зоне), а также помехи за счет
естественного изменения магнитного поля Земли. Избавиться от
внешних помех обычно удается путем пространственного разнесения
МСО на расстояние L и их дифференциального включения (рис. 6.1).
МСО-1
t
L
1
МСО-2
—1
—
Дифференциальный
усилитель
Фильтр
Усилитель
Рис. 6.1. Пространственное разнесение МСО
живых, мВ
L=0,5 м
L=1 м
Осевая линия между МСО
Смещение источника помехи
относительно осевой линии
между МСО
Рис. 6.2. Изменение уровня сигнала на выходе дифференциального усилителя
208
В этом случае происходит взаимное вычитание сигналов
помехи. Степень компенсации помех тем выше, чем дальше (до
определенного предела) разнесены МСО и чем больше расстояние до
источника помехи.
На рис. 6.2. показано изменение уровня сигнала на выходе
дифференциального усилителя в зависимости от расстояния L2 от
МСО до источника помехи при фиксированном расстоянии L (см.
рис. 6.1) между МСО.
6.4. Особенности разработки и применения МСО
Как правило, конструкция активных МСО сложнее пассивных.
При этом и массогабаритные характеристики активных МСО выше.
Это объясняется прежде всего тем, что пассивные МСО работают в
области низких и инфранизких частот часто без переноса спектра
сигнала (для исключения побочных излучений). Например, СОМ
часто выполняют в виде катушки индуктивности с очень большим
числом витков (сотни тысяч) и сердечником из материала с возможно
большей магнитной проницаемостью. Чувствительность СОМ
пропорциональна количеству витков катушки, магнитной проницаемости
сердечника и (до определенной величины) его длине. Все это
приводит к увеличению массогабаритных характеристик СОМ.
Любую катушку индуктивности можно рассматривать как
рамочную антенну. Действующую длину такой антенны можно
вычислить по формуле
/ =^nSi (б6)
а А
где X - длина волны; п - число витков катушки индуктивности; S -
площадь витка.
Для рамки с сердечником можно записать:
где lgc - действующая длина рамочной антенны с магнитным
сердечником; ца - относительная магнитная проницаемость антенны;
Ра = VcmaPa9a , (6.8)
где цс - магнитная проницаемость сердечника; ma, pa, ga -
коэффициенты, учитывающие зависимость между геометрическими
размерами катушки и сердечника.
f
209
(6.9)
1 + 0,84 ЬП 0,-1)
где ц - относительная магнитная проницаемость материала
сердечника; Dc-диаметр сердечника; Lc- длина сердечника.
Подставляя 6.9 и 6.8 в 6.7 , получим:
_^_. (6.10)
/■ N1,7
+ 0,84-е- 0/-1)
Проведем анализ (6.10) с точки зрения зависимости lgc =
допуская: Х-><», п->оо - рамка (катушка) намотана в один слой.
В результате анализа можно придти к выводу, что при ц-»оо
длина антенны
/*->«• (6.11)
Пусть ц-И (сердечник отсутствует), тогда
lgc^ const. (6.12)
Проведем анализ (6.10) с точки зрения зависимости lgc = f(Dc),
допуская,что Lc = const.
В результате анализа можно придти к выводу, что при Dc->0
длина антенны
/дс->-0(т.е. S-»0). (6.13)
Пусть Dc-»°o, тогда
IgC^CO. (6.14)
Проведем анализ (6.10) с точки зрения зависимости lgc = f(Lc),
допуская, что Dc = const, Dci = Dc/Lc.
В результате анализа можно придти к выводу, что при Ц->0,
Dc1-><x>
/ ->0. (6.15)
При и->°°. Dc1->0
Igc -^ const. (6.16)
Очевидно, что для инфранизкочастотного диапазона с целью
увеличения уровня сигнала на выходе чувствительного элемента
(катушки индуктивности) необходимо увеличивать ее число витков
8—3018
210
и одновременно применять сердечник возможно большей длины из
материала с возможно большей магнитной проницаемостью.
Диаметр сердечника при его фиксированной длине заметного влияния
на уровень сигнала не оказывает.
Активные МСО работают в области сравнительно высоких
частот (единицы и десятки килогерц), что позволяет изготовить
сам чувствительный элемент со сравнительно хорошими массо-
габаритными характеристиками, так как с увеличением частоты
появляется возможность уменьшить индуктивность катушки
чувствительного элемента (уменьшить число витков). При этом за
улучшение названных характеристик приходится платить
усложнением конструкции чувствительного элемента, так как часто
здесь используется несколько катушек индуктивности,
разнесенных в пространстве.
Главное назначение МСО - поиск оружия. Важнейший
параметр огнестрельного оружия, влияющий на уровень полезного
сигнала как активных, так и пассивных МСО - остаточная
намагниченность оружия. В то же время остаточная намагниченность оружия -
это единственный параметр, определяющий уровень полезного
сигнала пассивных МСО. Характерными местами расположения
магнитных масс (остаточного намагничивания) огнестрельного оружия
являются область дула (до 70 %) и, как правило, диаметрально
противоположная ей область (например, для автомата Калашникова -
это область спускового крючка) - до 50%. Однако уровень полезного
сигнала существенно зависит и от амплитуды колебания оружия при
его переноске. В качестве примера можно привести увеличение
уровня полезного сигнала от автомата Калашникова примерно в 3...5
раз при его проносе мимо МСО с амплитудой колебания его дула
примерно на 0,1 м с частотой около 1 Гц.
6.5. Структурная схема МСО
Рассмотрим структурную схему МСО на примере СОМ (рис. 6.3).
ЧЭ
ПФ
унч
ПУ
ИУ
Рис. 6.3. Структурная схема СОМ: ЧЭ - чувствительный элемент;
ПФ - полосовой фильтр; УНЧ - усилитель низкой частоты;
ПУ - пороговое устройство; ИУ - исполнительное устройство
211
Наиболее распространенным ЧЭ СОМ является катушка
индуктивности. Типичное значение сигнала, снимаемого с ЧЭ, -
порядка десятков микровольт в полосе частот от 0,1 до 10 Гц.
Выбор полосы не случаен. Выше было отмечено, что главное
назначение МСО - поиск оружия. В подавляющем большинстве
случаев СО применяют для негласного контроля за пересечением
вооруженными людьми контролируемой зоны.
Движение с оружием совершается в определенном диапазоне
скоростей (обычно 0,5...2 м/с) и с интервалом не менее 1 м. Кроме
того, при ходьбе оружие совершает еще и колебательные
движения. Другими словами, границы полосы пропускания с учетом только
скоростей движения и интервала: FH=0,5 Гц; FB=2 Гц.
Очевидный запас по границам частотного диапазона необходим
для более надежной работы МСО, что подтверждается практикой.
Назначение полосового фильтра ПФ - формирование
заданной полосы частот. Одним из важных параметров является крутизна
спада характеристики фильтра вне полосы пропускания. Обычно эта
величина составляет не менее 40 децибел на октаву, т.е. при
изменении частоты вне полосы пропускания в 10 раз сигнал на выходе
ПФ уменьшается в 100 раз.
Назначение УНЧ - усиление сигнала, снимаемого с выхода
ПФ, до величины, достаточной для надежной работы ПУ. Обычно эту
величину принимают равной не менее 1 В. Таким образом,
коэффициент усиления УНЧ должен быть порядка 105 раз.
Назначение ПУ - выдача сигнала логического уровня (0 или 1)
при достижении полезным сигналом уровня срабатывания ПУ
(порядка 1 В).
Назначение ИУ - выдача сигнала "Тревога" при поступлении на
его вход с выхода ПУ логического сигнала соответствующего уровня.
6.6. Основы теории разработки магнитометрического
средства обнаружения (на примере феррозондов)
Как было сказано ранее, магнитометрические средства
обнаружения применяют для выявления факта проноса на охраняемую
территорию предметов с магнитными свойствами (в частности, для
обнаружения оружия). В основу построения МСО могут быть
положены три группы методов:
- с использованием феррозондов;
- с использованием пассивных катушек;
- квантовые измерители индукции.
212
В связи с тем, что феррозонды получают все более широкое
применение при разработке МСО, рассмотрим теоретические
основы этого метода.
Наиболее доступно этот метод изложен в книге Ю.В.
Афанасьева "Феррозонды" (Ленинградское отделение издательства
"Энергия", 1969), материалы из которой использованы в данном
разделе учебного пособия.
Феррозондом называется устройство, чувствительное к
внешним магнитным полям, главным образом постоянным и медленно
изменяющимся, содержащее ферромагнитные сердечники и
обмотки, распределенные по их длине.
От пассивных индукционных датчиков и ферритовых антенн
феррозонды отличаются тем, что являются устройствами активного
типа. Происходящие в них процессы всегда связаны с
существованием двух полей - внешнего измеряемого поля и некоторого
вспомогательного поля, образуемого за счет тока, протекающего в одной из
его обмоток. Взаимодействие этих полей в объеме сердечников,
изготавливаемых из легко насыщающихся магнитных материалов,
например пермаллоя, приводит к появлению в другой обмотке
электродвижущей силы, по величине которой и судят о напряженности
внешнего поля.
По принципу действия феррозонды наиболее близки к
магнитным усилителям. По существу они и являются магнитными
усилителями, у которых управляющая электрическая цепь заменена
разомкнутой магнитной цепью.
Существует довольно много типов и модификаций
феррозондов. Все они отличаются друг от друга режимом работы, способом
наложения вспомогательного поля, выбранной схемой и
конструктивным исполнением. Эти отличия оказываются более или менее
существенными в зависимости от диапазона и частотного спектра
измеряемых полей, условий, в которых проводятся измерения,
особенностей преобразования полезного сигнала в измерительной
схеме. Однако феррозондам присущи и некоторые общие свойства.
Рассмотрим эти свойства на примере дифференциального
феррозонда (рис. 6.4.).
Дифференциальный феррозонд содержит два одинаковых
пермаллоевых сердечника, выполненных в виде тонких стержней
прямоугольного сечения, уложенных в специальные каркасы
параллельно друг другу- Поверх каркасов нанесены первичные обмотки,
включенные последовательно и образующие цепь возбуждения
феррозонда. Эту цепь питают переменным током звуковой частоты.
Кроме первичных обмоток имеется также общая вторичная обмотка,
213
которая вместе с подключаемым к ней индикаторным прибором
образует измерительную цепь.
В дифференциальном феррозонде первичные обмотки
соединены таким образом, что протекающий в них ток i создает в объеме
сердечников поля напряженности /■/.,, равные по величине, но
противоположные по направлению. При наличии внешнего поля Но,
направленного вдоль сердечников, в объеме одного из них действует
разность напряженностей (Но-Н^), в объеме другого - сумма
(Но+Н,).
8
Рис. 6.4. Схема (а) и конструкция (б) дифференциального феррозонда:
1 - пермаллоевые сердечники; 2 - первичные обмотки;
3 - вторичная обмотка; 4 - внутренние каркасы; 5 - пазы для сердечников;
6 - внешний каркас; 7 - чехол; 8 - выводные контакты
214
Если сердечники идентичны, то можно записать:
(0j [0J, (6.17)
где В' и В"- индукции или плотности магнитных потоков в
сердечниках.
ЭДС во вторичной обмотке, охватывающей оба сердечника,
e = -sw2^-(B' + B"), (6.18)
* at
где s - поперечное сечение сердечников; w2 - количество витков
вторичной обмотки и t - время.
Появление ЭДС во вторичной обмотке дифференциального
феррозонда с идентичными сердечниками принципиально возможно
лишь при нелинейности характеристик B=f(H).
Действительно, предположив обратное и введя для каждого
сердечника постоянные и одинаковые коэффициенты рд=В1Н, имеющие
размерность абсолютной магнитной проницаемости, получим:
е = -2sw2/u,
dHQ
а dt
Последнее выражение совпадает с известной формулой для
выходной ЭДС пассивных индукционных датчиков; при
Но = const (постоянное внешнее поле) оно становится равным нулю.
Аппроксимируем теперь характеристики B=f(H) укороченным
полиномом третьей степени:
В = аН + ЬН3, (6.19)
где а и b - коэффициенты аппроксимации, зависящие от материала
и формы сердечников.
Эта аппроксимация весьма приближенна. Однако, отличаясь
простотой, она оказывается полезной для качественного описания
процессов и явлений в ферромагнитных цепях. В соответствии
с (6.17)
В' = аН0 -
(6.20)
В" = аН0 + аНл + bHl + ЗЬН%Н, + 3bH0Hf + ЬН?.
Допустим, что Н =Н sinaif и HQ = const. Тогда
215
В' + В" = 2аНп + 2ЬН3 + ЪЬНН2 - ZbHH2 cos2cuf, (6.21)
о О и/л от
е = 6u)bsw МпН2 sin 2u)t, (6.22)
где o=2nf; f - частота вспомогательного поля; Нт - амплитуда этого
поля.
Таким образом, в отличие от пассивных индукционных
датчиков ЭДС в феррозонде появляется при наличии постоянного поля
и оказывается пропорциональной этому полю.
Из выражения (6.22) следует также, что выходная ЭДС имеет
удвоенную частоту. Работа на удвоенной частоте типична для
феррозондов. Однако принципиально дифференциальный феррозонд
может работать и на основной частоте.
Пусть ток возбуждения дифференциального феррозонда,
кроме переменной составляющей, содержит также и постоянную. Тогда
можно записать:
где Н2= const. Произведя необходимую подстановку в (6.20),
взамен (6.21) получаем:
В' + В" = С +12bH0H2Hm sin at - ЪЬНОН1 cos 2оЛ, (6.23)
где С - постоянная составляющая индукции. После
дифференцирования в соответствии с (6.18) имеем:
е* = 6<ybsw2H0(-2H2Hm coSurf + Н2т %\п2оЛ), (6.24)
т.е. в составе ЭДС появилась первая гармоника, величина которой
также пропорциональна внешнему полю.
Заметим, что приведенное ранее выражение (6.22) является
частным случаем (6.24). Последнее переходит в (6.22) при Н2 = 0.
Выражения (6.22) и (6.24) получены в предположении строгой
идентичности и сердечников, и первичных обмоток феррозонда.
Однако на практике сердечники и обмотки могут быть подобраны лишь
с определенной точностью. В результате этого во вторичной обмотке
появляется дополнительная ЭДС, которая не связана или почти не
связана с наличием внешнего поля. Эту дополнительную ЭДС мы
будем называть помехой и обозначать индексом N. Полезную же
ЭДС будем обозначать индексом S.
Найдем спектр помехи. Для этого воспользуемся выражением
(6.20), выбрав из него попарные члены с разными знаками.
216
Введем обозначения: Ну = Н' = Н' = Нт sin u)t + H2, eg = а" - а',
eb =b" - b' (неидентичностью обмоток пренебрегаем). Тогда
Б* = В' + В' = е Н + Зе Н2Н* + е Н*3 = С +
WNWai eO1e N
+ (£ Н +3£ Н2Н + - £,Н3 + 2>£к Н2Н ) sin cot - (6.25)
'am в 0 т 4 b т Ь 2 т' х '
- -£Н Н2 cos2cuf - -гН3 sin3cuf,
2 Ь 2 т ^ Ь т
где Cw - постоянная составляющая помехи. Подставив это
выражение в (6.18), получим
eN = -a)Sw[(saHm + 3ebH2Hm + |^Н3 +
+ 3ebHlHm )cos of - ЗеьН2Н^ sin 2<yf - (6.26)
Теперь можно написать выражение для суммарной ЭДС,
появляющейся во вторичной обмотке феррозонда. Допустим, что в (6.24)
b'+b' . т
= b. Тогда
* * *
ег = es + eN = wsw{ 6bH Q[ - 2H2Hm cos U)t +
+ H2 sin 2wt] +[-(£ H +3£H2H +
m a m b 0 m
3 , о (6-27)
+ —eKH3 +3£ H2H )cosut +
4 b m Ь 2 m'
+ 3£hHH2 sin2wf +-£fcH3 cos 3cot]}
b 2 m 4 Ь m •"
и при Н =0(отсутствие постоянной составляющей тока в цепи
возбуждения)
ег=е +е„ =oisw [6bHH2 sin2o»f-
Z s N 21 От
-(£ Н +3£кН2Н +-£КН3 )COSU)t+ (6.28)
am b 0 т 4 m
+ -£„Н3 cos3wf/.
4 ь n» y
217
Сравнивая (6.27) с (6.28), нетрудно установить, что режим работы
феррозонда, характеризующийся наличием постоянной составляющей
в токе возбуждения, менее благоприятен. В этом случае информацию о
внешнем поле Но несет не только вторая, но и первая гармоника.
Однако обе эти гармоники содержатся и в спектре помехи. Поэтому
независимо от того, какую гармонику мы будем выделять, используя
частотную фильтрацию, добиться существенного улучшения отношения
сигнал/помеха в данном случае не удается. Величина помехи не остается
постоянной, так как коэффициенты sa, sb оказываются зависимыми от
таких внешних факторов как температура окружающей среды,
вибрация и т.п. Когда же постоянная составляющая в токе возбуждения
отсутствует, информацию о внешнем поле несет главным образом вторая
гармоника, причем спектр помехи содержит лишь первую и третью
гармоники. Следовательно, выделив из общего спектра выходной ЭДС
феррозонда вторую гармонику, мы можем резко улучшить соотношение
сигнал/помеха.
Феррозонды с дополнительным постоянным подмагничивани-
ем оказались пригодными лишь для измерения относительно
сильных магнитных полей, а феррозонды без начального подмагничива-
ния с выходом на удвоенной частоте применяются для измерения
слабых магнитных полей или малых приращений поля. Типичные
схемы (магнитометров), соответствующие использованию этих двух
режимов работы феррозонда, изображены на рис. 6.5.
г
7
„
3
Рис. 6.5. Феррозондовые магштрометры: а -с дополнительным постоянным под-
магничиванием; 6 - без дополнительного подмапничивания; 1 - феррозонд 2 -
избирательный усилитель; 3 - синхронный детектор; 4 - регистрирующий прибор; 5 -
источник постоянного тока; 6 - генератор синусоидального напряжения (тока); 7 -
удвоитель частоты; U и I соответственно напряжения и токи, действующие в цепях
218
Возможность выделения той или иной гармоники позволяет
говорить о соответствующих коэффициентах преобразования или
чувствительностях феррозонда. В общем случае имеем:
Gn=^f, (6.29)
а
где G - чувствительность феррозонда по n-ой гармонике; £ - ам-
П Ло
плитуда n-й гармоники полезной ЭДС.
На начальных участках зависимость £ =F(HJ, как правило,
По О
линейна. Поэтому для слабых полей взамен (6.29) получим
о
Отсюда с учетом (6.24) следует, что чувствительность
феррозонда пропорциональна коэффициенту аппроксимации Ь,
характеризующему магнитные свойства сердечников, поперечному сечению
сердечников, числу витков вторичной обмотки, частоте и амплитуде
вспомогательного поля. Видно также, что чувствительность по
первой и второй гармоникам различна, в частности, чувствительность по
первой гармонике зависит от величины дополнительного поля /-/.
Возможность работы на той или иной гармонике позволяет
также говорить и о соответствующих порогах чувствительности
феррозонда. Под порогом чувствительности обычно понимают то
наименьшее значение измеряемой величины, которое способно вызвать
заметное изменение выходного параметра прибора или устройства.
В феррозонде это наименьшее значение определяется
уровнем помехи. Поэтому можно записать:
Р„=^. (6.31)
где £ - амплитуда n-й гармоники ЭДС помехи, G -
чувствительность по n-й гармонике; рп - порог чувствительности.
Заметим, что порог чувствительности феррозонда выражается
в единицах поля.
Часто пользуются также величиной
(6.32)
л
где £w - амплитуда суммарной ЭДС помехи.
219
Величина q оказывается полезной для оценки качества
феррозонда. Однако ее не следует путать с величиной Рп. Например,
при работе феррозонда на удвоенной частоте [см. выражение (6.28)]
величина q характеризует лишь степень неидентичности его
сердечников и обмоток. Эта величина может быть на несколько
порядков больше величины Р .
Экспериментально чувствительность и порог чувствительности
могут быть определены благодаря наложению на феррозонд поля,
напряженность которого заранее известна. Это поле обычно
создается с помощью калиброванных катушек (соленоидов) или колец
Гельмгольца. Контрольно-измерительный комплекс, используемый
для определения указанных параметров феррозонда, показан на
рис. 6.6.
Рис. 6.6. Контрольно-измерительный комплекс: 1,4- магазины
сопротивлений; 2, 7 - источники постоянного тока; 3 - генератор синусоидального
напряжения (тока); 5 - испытуемый феррозонд; 6 - кольца Гельмгольца;
8 - переключатель; 9 - миллиамперметр; 10 - ламповый милливольтметр;
11 - анализатор гармоник; 12 - милливольтметр анализатора; Нт - вектор
геомагнитного поля; ММ' - продольная ось феррозонда и колец Гельмгольца
Испытуемый феррозонд устанавливают в центре колец
Гельмгольца таким образом, чтобы его продольная ось совпала с осью
колец. К обмотке возбуждения подключают генератор
синусоидального напряжения. При оценке чувствительности по первой гармонике
в эту же обмотку подают ток смещения, создающий в объеме сер-
220
дечников дополнительное постоянное поле. Выходную (вторичную)
обмотку феррозонда подключают ко входу анализатора гармоник и
ламповому милливольтметру. С помощью анализатора выделяют
нужную гармонику выходного напряжения. Затем кольца вместе с
закрепленным в них феррозондом ориентируют таким образом,
чтобы продольная ось феррозонда оказалась перпендикулярной
вектору геомагнитного поля.
О перпендикулярности судят по минимуму показаний
милливольтметра анализатора и лампового милливольтметра. Показание
первого соответствует величине EnN, показание второго - EN.
В кольца подают ток, измеряемый миллиамперметром. Если
постоянная колец известна, то становится известным и поле, создаваемое
в объеме феррозонда. При наличии поля милливольтметр
анализатора измерит величину EnS. Зная напряженность поля, создаваемую
кольцами, и располагая значениями EnS, EnN и £ можно оценить
чувствительность, порог чувствительности и качество изготовления
феррозонда.
Особенности экспериментальной оценки указанных
параметров свидетельствуют о том, что феррозонд по существу является
относительным индикатором поля. Действительно, чувствительность
феррозонда определяют в известном поле, созданном, например, с
помощью колец Гельмгольца. Об измеренном же значении поля
судят по выходной ЭДС и чувствительности феррозонда.
Следовательно, измеренные значения есть результат сравнения
напряженности внешнего поля с величиной того же наименования.
До сих пор мы предполагали, что внешнее поле направлено
вдоль сердечников, параллельно продольной оси феррозонда (см.
рис. 6.4). Однако это всего лишь частный случай взаимного
расположения вектора внешнего поля и продольной оси феррозонда.
Касаясь экспериментальной оценки чувствительности феррозонда, мы
уже говорили о перпендикулярности его оси вектору геомагнитного
поля. По достижении перпендикулярности наблюдался минимум
выходной ЭДС феррозонда. Изменение амплитуды выходной ЭДС
в зависимости от ориентации феррозонда в поле свидетельствует
о присущем ему свойстве направленности.
Диаграммы направленности феррозонда в геомагнитном поле
в двух различных плоскостях изображены на рис. 6.7. Видно, что они
представляют собой правильные "восьмерки". Максимумы
диаграмм соответствуют направлению продольной оси феррозонда,
минимумы - направлению, перпендикулярному этой оси. Подобные
диаграммы могут иметь место лишь при косинусоидальной зависи-
221
мости амплитуды выходной ЭДС от угла между продольной осью
феррозонда и вектором внешнего поля. Поэтому можно записать:
EnS = GiH, (6.33)
где i - единичный вектор, совпадающий с направлением продольной
оси феррозонда; Н - вектор внешнего поля (для геомагнитного поля
пишется с индексом Т).
Если допустить, что Н cos а = Н где а - угол между
векторами i и Н, то все приведенные ранее выражения остаются в силе,
хотя и с оговоркой, что Н есть не что иное, как продольный
компонент поля.
Рис. 6.7. Диаграммы направленности феррозонда:
Нн - горизонтальная составляющая геомагнитного поля;
Hz - вертикальная составляющая поля; Нт - полный вектор поля
Свойство направленности феррозондов позволяет
использовать их для измерения компонентов поля и углов.
Чувствительность феррозонда к углу может быть получена
путем дифференцирования (6.33) по а:
{4f-) = GnM (6-34)
где j - единичный вектор, совпадающий с нормалью к плоскости,
образованной векторами Н и i.
Из (6.34), в частности, следует, что наибольшая
чувствительность феррозонда к угловым перемещениям (перемещаться может
либо сам феррозонд, либо вектор внешнего поля) наблюдается
222
в том случае, когда векторы Н и i взаимно перпендикулярны. Это
обстоятельство учитывается при построении следящих систем, в
которых феррозонды используются в качестве датчиков угла
рассогласования.
Подводя итог, перечислим основные, учитываемые при
разработке СО, свойства феррозонда:
1. Феррозонд является датчиком активного типа,
преобразующим действующую на него напряженность внешнего постоянного
поля в ЭДС, кратную по частоте питающему его переменному току.
Преобразование оказывается возможным благодаря нелинейности
магнитных характеристик его сердечников.
2. В зависимости от выбранного режима работы феррозонда
информацию о внешнем поле могут нести первая или вторая
гармоники его выходной ЭДС Использование второй гармоники выходной
ЭДС предпочтительнее, поскольку позволяет улучшить соотношение
сигнал/помеха и создать высокочувствительные измерительные
устройства.
К этому следует добавить, что феррозонд является наиболее
надежным и помехоустойчивым датчиком магнитного поля. При
малой потребляемой мощности он отличается высоким
коэффициентом полезного действия. Феррозонд имеет незначительные габариты
и массу, прост в изготовлении.
Выводы
1. По физическим принципам действия МСО можно разделить
на следующие виды:
- с использованием эффекта переизлучения сигнала (СОП);
- с использованием эффекта биения частоты (СОБ);
- с использованием эффекта самоиндукции (СОИМ);
- с использованием эффекта локального искажения
магнитного поля Земли (магнитометр, СОМ).
По уровню излучения МСО делятся на активные и пассивные.
К активным МСО можно отнести СОП, СОБ, СОИН и СОИМ, к
пассивным - СОМ.
3. Наиболее помехоустойчивыми, как правило, являются
активные МСО.
4. Главное назначение МСО - поиск оружия. На практике
наиболее часто для этого используется СОМ, как пассивное и легко
камуфлируемое средство.
5. Для повышения чувствительности пассивного МСО (на
примере СОМ) необходимо стремиться к:
223
- увеличению длины сердечника;
- увеличению магнитной проницаемости сердечника;
- увеличению действующей длины антенны (в нашем случае -
к увеличению числа витков катушки индуктивности).
6. Чувствительность СОМ зависит от диаметра сердечника.
7. Разработка МСО осуществляется тремя основными
методами - с использованием феррозондов, пассивных катушек или
квантовых измерителей индуктивности.
Контрольные вопросы к гл. 6
1. Виды магнитометрических СО, краткое описание принципов их
действия.
2. Краткое описание и принцип действия МСО с использованием
эффекта переизлучения сигнала (СОП).
3. Краткое описание и принцип действия МСО с использованием
•эффекта биения частоты (СОБ).
4. Краткое описание и принцип действия МСО с использованием
эффекта самоиндукции (СОИМ).
5. Краткое описание и принцип действия МСО с использованием
эффекта локального искажения магнитного поля Земли (магнитометр, СОМ).
6. Основные характеристики активных и пассивных МСО.
7. Характерные помехи при применении МСО и способы их
компенсации.
8. Особенности разработки и применения МСО.
9. Нарисовать структурную схему МСО и описать принцип его действия.
10. Привести примеры и изложить суть методов, применяемых для
разработки МСО.
11. Физические основы и принципы действия феррозондов.
12. Изложите особенности дифференциального феррозонда. Какие
свойства феррозондов позволяют использовать их для разработки МСО?
13. Нарисуйте и поясните схему феррозондового магнитомера с
дополнительным постоянным подмагничиванием. Какие магнитные поля
измеряются этими феррозондами?
14. Нарисуйте и поясните схему феррозондового магнитомера без
дополнительного подмагничивания. Какие магнитные поля измеряются
этими феррозондами?
15. Изложите идею алгоритма вычисления полезной ЭДС в
феррозонде.
Глава 7
КОМБИНИРОВАННЫЕ СРЕДСТВА ОБНАРУЖЕНИЯ
7.1. Назначение, виды и способы комбинирования
средств обнаружения
Как было показано ранее, отдельное СО может решать задачу
обнаружения человека-нарушителя или признаков его деятельности
только в ограниченных зоной обнаружения пределах и только с
характеристиками, оговоренными в нормативно-технической документации
на СО. Часто для блокирования реальных участков и применительно
к реальным нарушителям требуется использовать несколько СО,
позволяющих перекрыть все вероятные пути движения нарушителя.
Например, для случая простой модели нарушителя комната с дверью
и окном может быть блокирована объемным СО (ИК, радиолучевым,
акустическим и т.д.) или магнитоконтактным СО на открывание
входной двери. Более высокие категории нарушителя, способные
использовать ухищренные способы передвижения, маскировки или
технические средства для обхода СО, требуют закрытия всех вероятных
путей движения такого нарушителя (окна - на открывание и разбивание,
двери - на открывание и разрушение дверного полотна, объем
помещения - на быстрое и медленное перемещение и отдельные особо
важные предметы, находящиеся в помещении - на прикосновение,
перемещение или вскрытие) - это основная цель комбинирования
СО. Таким образом, первая задача комбинирования СО - это подбор
для данного (выбранного) участка блокирования необходимой гаммы
СО, позволяющих блокировать все вероятные пути и способы
перемещения человека-нарушителя и допускающих при этом их
совместную работу. Если при этом зоны обнаружения отдельных СО не
перекрываются (т.е. нарушитель может пересечь только одну зону
обнаружения, например преодолеть заграждение подкопом), то в этом
случае СО, как правило, включаются по схеме ИЛИ.
Вторая цель комбинирования СО - снижение вероятности
ложных тревог (средней частоты ложных тревог), вызываемых
флюктуационными помехами или, что то же самое, - увеличение
среднего периода наработки на ложное срабатывание. При этом
должна сохраняться (или обеспечиваться) заданная вероятность
обнаружения нарушителя за счет использования нескольких СО (как
правило, построенных на разных физических принципах действия),
имеющих общую зону обнаружения и совпадающие характеристики
объекта обнаружения. Это достигается за счет того, что в СО,
работающих на разных физических принципах действия, флюктуацион-
ная помеха имеет разные источники и, соответственно, помеховые
воздействия на СО являются либо некоррелированными, либо
слабо коррелированными.
Третья цель комбинирования СО - снижение вероятности
ложных тревог (средней частоты ложных тревог), вызываемых
импульсными помехами или, что то же самое, - увеличение среднего
периода наработки на ложное срабатывание. При этом должна
сохраняться (или обеспечиваться) заданная вероятность обнаружения
нарушителя за счет того, что различные импульсные помехи по
разному воздействуют на СО. Это позволяет существенно снизить
уровень помех от порывов ветра, животных, транспорта, офисного
и промышленного оборудования.
Таким образом, комбинированные СО предназначены для
реализации названных трех целей.
Виды и способы комбинирования СО можно разделить на
три большие группы:
- комбинирование на уровне логических сигналов (сигналов
"Тревога" с выходов СО);
- комбинирование на уровне аналоговых сигналов, снимаемых
со входов пороговых устройств СО;
- комбинирование на уровне оценок параметров человека-
нарушителя (его высоты, длины шага, шаговой частоты,
эффективной массы, скорости движения и т. д.).
Если в алгоритме работы комбинированного СО
предусмотрено принятие более двух гипотез (отсутствие или наличие
нарушителя в зоне обнаружения), СО называется распознающим (например,
добавляется гипотеза о наличии в зоне обнаружения животного).
Кроме того, можно выделить две группы комбинирования СО:
- комбинирование в контуре СО; в этом случае
комбинированное СО поставляется в виде законченного изделия, реализующего тот
или иной алгоритм совместной обработки сигналов нескольких СО;
- комбинирование различных СО в контуре комплекса
технических средств охраны объекта; здесь осуществляется выбор типов
СО, видов и способов совместной обработки сигналов и места ее
проведения.
Рассмотрим комбинирование СО на уровне логических сигналов.
Наибольшее применение для повышения помехоустойчивости
СО по патентно-информационным источникам находит схема
логической обработки И. Известны устройства, содержащие радиолуче-
226
вое и сейсмическое СО, радиолучевое и емкостное СО,
сейсмическое и ИК-пассивное СО. Общий сигнал тревоги формируется во
всех случаях при появлении в течение заданного промежутка
времени сигналов тревоги с обоих СО. В устройстве в качестве
чувствительного элемента используется коаксиальный кабель,
располагаемый на местности в виде петли, при этом с центрального проводника
кабеля снимается сигнал давления, с внешнего - сигнал изменения
магнитного поля. Два отдельных блока обработки сигналов
подключены соответственно к центральному и внешнему проводникам
кабеля для формирования двух различных сигналов тревоги при
проходе нарушителя с предметом, обладающим магнитным моментом.
Общий сигнал тревоги возникает при срабатывании обоих блоков.
В устройстве имеется один, выполненный конструктивно отдельно,
чувствительный элемент, представляющий собой ферромагнитный
сердечник (с магнитострикционными свойствами), поверх которого
намотан изолирующий провод. Этот чувствительный элемент
аналогичен производимому в промышленных масштабах кабелю типа
MILES, используемому при охране военных объектов США. При этом
на чувствительном элементе возникает сигнал как от производимого
на него давления и сейсмических колебаний грунта, так и от
изменения напряженности внешнего магнитного поля. Сигналы от
указанных трех типов воздействий выделяются и обрабатываются в трех
каналах блока обработки. Общий сигнал тревоги формируется при
появлении во всех трех каналах сигналов, характерных для
воздействий от нарушителя.
Кроме того, известен ряд модификаций схем логической
обработки для комбинированных средств обнаружения (КСО). Так, в
некоторых устройствах в нормальном состоянии включено лишь одно СО,
по сигналу тревоги с которого включаются остальные СО, входящие в
состав системы. Такой принцип организации КСО предназначен для
снижения потребляемой мощности, схема же логической обработки
сигналов тревоги с отдельных СО не меняется. В ряде устройств
предлагается формировать общий сигнал тревоги при срабатывании
любых (по крайней мере К) средств обнаружения (из общего их числа
N) лишь при их срабатывании в определенной последовательности
(схема логической обработки К из N с пересчетом). Поскольку
требуемая последовательность срабатывания совпадает с
последовательностью пересечения зон чувствительности различных СО
нарушителем, такое решение позволяет добиться уменьшения частоты ложных
тревог при сохранении вероятности обнаружения (по сравнению со
схемой логической обработки К из N без пересчета). Однако
применимость данного метода ограничивается необходимостью наличия
значительного количества СО (N>K>3).
227^
Предложена также схема логической обработки К из N с
приоритетом, отличие которой от схемы логической обработки К из N
состоит в том, что для формирования общего сигнала тревоги в
число К (или более) сработавших СО должно обязательно входить одно
(или несколько) заранее выделенных «приоритетных» СО. В общем
случае область использования данного алгоритма также
ограничивается (N>K>2) количеством применяемых СО.
Таким образом, обработка сигналов от нескольких СО
производится в настоящее время на уровне бинарных сигналов тревоги от
отдельных СО с помощью схем логической обработки К из N (схема
ИЛИ соответствует значению К=1, схема И соответствует значению
K=N). Как правило, число СО на одном участке КСО составляет 3-5.
Построение высокоэффективных КСО связано с решением
двух основных задач: выбор из множества различных типов СО тех,
которые наиболее полно удовлетворяют предъявляемым к ним
требованиям (по вероятности обнаружения, частоте ложных тревог,
маскируемости, энергопотреблению и др.), и выбор алгоритма
обработки сигналов, формируемых отдельными СО. Решение первой
задачи проводилось ранее по частному показателю качества -
помехоустойчивости, для чего рассматривалась степень воздействия
различных помеховых факторов на тот или иной тип СО и
выбиралась комбинация с совпадением наименьшего числа наиболее
редких помеховых воздействий. Был проведен выбор типов СО по
более сложным показателям качества, учитывающим до 14 различных
характеристик СО, в результате чего выявлена перспективность
использования в составе периметральных КСО следующих типов СО:
магнитометрических, трибоэлектрических, емкостных, индуктивных,
сейсмических, радиолучевых, радиолокационных и оптических.
При выборе СО необходимо учитывать их устойчивость к
воздействию (способность различать) следующих классов объектов:
- одиночного нарушителя (человека);
- группы нарушителей;
- транспорта;
- крупных животных;
- мелких животных.
При выборе (в качестве частного показателя эффективности)
числа распознаваемых КСО объектов можно выделить ряд наиболее
перспективных по данному показателю комбинаций СО различных
типов.
Для КСО заградительного типа, в состав которых входят два
СО различного типа, такими комбинациями являются: ИндСО и
МСО, ИндСО и ИКСО, ЕСО и МСО, ТрЗСО и МСО. Однако следует
отметить, что ни одна из этих комбинаций не в состоянии осущест-
228
вить полное разделение всех классов объектов распознавания, что
связано с высокой вероятностью возможности применения
нарушителем вблизи ограждения способа передвижения ползком. Среди
КСО заградительного типа, состоящего из трех СО, способностью
распознавать наибольшее число классов объектов обладают
следующие: ИндСО и МСО в комбинации либо с ИКСО, либо с ТрСО,
либо с радиотехническими средствами обнаружения (РСО); ЕСО
и МСО в комбинации с РСО либо с ТрСО; ТрЗСО и МСО в
комбинации с РСО. При наличии у нарушителя предметов, обладающих
магнитным моментом, эффективность указанных комбинаций
обеспечивается во многом благодаря МСО. Для случая отсутствия у
нарушителя подобных предметов целесообразность применения МСО
теряется и наиболее перспективными становятся комбинации: ИСО
и ИКСО с РСО либо с ТрСО; ТрЗСО и ИКСО с РСО, ЕСО и ТрСО
с ИКСО либо с РСО.
Аналогичный анализ для КСО незаградительного типа, в состав
которых входят два различных СО, приводит к выявлению следующих
комбинаций: МСО либо с ТрСО, либо с ИКСО, либо с РСО, либо
с ССО (последняя - в случае отсутствия необходимости отличать
мелких животных от крупных); ИКСО либо с ТрСО, либо с ССО, либо
с РСО. Для случая трех СО незаградительного типа получены
следующие результаты: МСО и ИКСО в комбинации либо с ТрСО, либо
с ССО, либо с РСО; ИКСО и РСО в комбинации с ТрСО либо с ССО.
При выборе всех перечисленных сочетаний для КСО
заградительного и незаградительного типов, кроме данных по
потенциальным возможностям распознавания объектов различными СО,
учитывались также данные по их помехоустойчивости таким образом,
чтобы входящие в состав той или иной комбинации СО не имели
коррелированных помеховых воздействий. Более точный количественный
учет может быть проведен на базе разработанных алгоритмов для
отдельных СО путем моделирования и последующего
макетирования КСО в целом, что позволит выбрать из числа перечисленных
КСО те, которые обладают наилучшей помехоустойчивостью.
7.2. Формализация выбора различных вариантов
комбинирования средств обнаружения
на одном рубеже охраны
Анализ схем построения КСО показал, что в настоящее время
среди разрабатываемых и разработанных систем (комплексов)
наибольшее распространение получили схемы логической обработки
22Я
(бинарных сигналов тревоги с отдельных СО) К из N, в частности:
2 по И (N=2, К=1); 3 по И (N=3,K=1); 2 из 3 (N=3, К =2).
Проведенный анализ показывает, что при обработке бинарных
сигналов от СО по логической схеме И целесообразно, чтобы все
СО обеспечивали одинаковые вероятности обнаружения (а
вероятности ложных тревог были не хуже заданных). При обработке
сигналов от СО по схеме ИЛИ целесообразно, чтобы (в единицу времени)
совпадали величины вероятностей ложных тревог всех СО, а
вероятности обнаружения были бы не ниже заданных.
Функционирование всех разработанных к настоящему времени
схем логической обработки бинарных сигналов (т.е. по формуле «есть
или нет сигнала тревоги на выходе СО») для КСО основано на том,
что число сработавших в течение времени памяти (время, в течение
которого должны прийти сигналы от СО) СО должно достигнуть или
превысить заданную величину К (схема логической обработки К из N).
В этом случае формируется общий сигнал тревоги. Достоинством
такого алгоритма обработки сигналов от различных СО является его
несомненная простота, однако отсутствие учета индивидуальных
особенностей и характеристик каждого отдельно взятого СО не
позволяет добиться наилучшего соотношения между вероятностью
обнаружения и вероятностью (частотой) ложной тревоги КСО в целом. В то
же время различные отдельные СО обладают разными значениями
вероятности обнаружения и вероятности ложной тревоги, в связи с
чем появление на выходе СО сигнала тревоги говорит о появлении
нарушителя с различной степенью достоверности для разных СО.
Таким образом, возникает необходимость применять алгоритмы
логической обработки для КСО, позволяющих за счет учета
индивидуальных особенностей СО добиваться уменьшения вероятности ложной
тревоги СО при сохранении возможности обеспечения заданной
вероятности обнаружения. Сигналы тревоги от отдельных СО будут
в этом случае обрабатываться не как одинаково достоверные и
алгоритм обработки будет меняться в зависимости от применяемых СО.
В настоящее время известны два таких алгоритма обработки
бинарных сигналов от СО:
- на основе возможных комбинаций сработавших СО,
- на основе присвоения СО весовых коэффициентов.
Рассмотрим первый алгоритм на примере трех СО, для
каждого из которых известны их вероятности обнаружения Р^Рг.Рз и
вероятности ложной тревоги Р1,Рг,Рз. Появление произвольной
комбинации при проходе нарушителя (например, 101 - сработали
первое и третье СО, а второе не сработало) происходит для СО,
работающих на различных физических принципах действия и характери-
230
зующихся статистической независимостью возникновения сигналов
тревоги с определенной вероятностью (в данном случае она
составляет Ppg3 =Р1(1-Рг)Рз- Появление той же комбинации от помехового
воздействия произойдет с вероятностью Рреэ =Р1(1-Рг)Рз. Все
возможные комбинации для случая трех СО представлены в табл. 7.1.
Таблица 7.1. Возможные комбинации из трех СО
j
1
2
3
4
5
6
7
8
Комбинация
111
110
101
011
100
010
001
000
ДР,
Р1Р2Р3
PiP2(1-P3)
Pid-P2)P3
(1-Pi)P2P3
P1O-P2MI-P3)
(1-Pi)P2(1-P3)
(1-P1)(1-P2)P3
(I-P1KI-P2KI-P3)
Р1Р2Р3
Р1Р2О-Р3)
Pi(1-P2)P3
(I-P1F2P3
Pi(1-P2)(1-P3)
(1-Pi)P2(1-P3)
(1-Pi)(1-P2)P3
(1-P1)(1-P2)(1-P3)
Здесь же для каждой из комбинаций приведены вероятности
их появления при проходе нарушителя APj и при наличии помехового
воздействия APj (j - номер комбинации).
Вероятность обнаружения для схемы логической обработки
2 из 3 складывается из вероятностей тех комбинаций, в которых
присутствуют две или три единицы:
Вероятность ложной тревоги
Р2/з = £
В случае применения схемы логической обработки ИЛИ, когда
общую тревогу КСО вызовет любая комбинация, кроме восьмой,
вероятность обнаружения
Рили =
вероятность ложной тревоги
_ 7 _
Рили =
При синтезе произвольной схемы логической обработки, в
которой общий сигнал тревоги формируется при появлении любой
комбинации из числа наперед заданных (например, только в случае
появления комбинаций 1, 2 и 5), ее вероятность обнаружения и
вероятность ложной тревоги составят:
у=1 ;и
где суммирование проводится по номерам тех комбинаций из табл.
7.1, которые приводят для исследуемой схемы логической
обработки к формированию общего сигнала тревоги.
Отметим, что множество комбинаций в табл. 7.1 является
полным, т.е.
Наилучшей схемой логической обработки КСО следует
признать ту, которая при обеспечении заданной вероятности
обнаружения обладает наименьшей вероятностью ложной тревоги, в
связи с чем для синтеза такого алгоритма можно предложить
следующую процедуру: расставить в табл. 7.1 комбинации в порядке
убывания отношения APj/APj и выбрать из полученной таблицы
столько первых комбинаций, сколько обеспечивают заданную
вероятность обнаружения. Если алгоритм функционирования КСО
построить таким образом, чтобы именно эти комбинации приводили
к формированию общего сигнала тревоги, то ясно, что любой
алгоритм, обеспечивающий не худшую вероятность обнаружения,
будет обладать большей вероятностью ложной тревоги, так как он
может быть получен из исходного только путем исключения
комбинаций с большим отношением вклада в вероятность обнаружения
к вкладу в вероятность ложной тревоги и включения комбинаций
с меньшим отношением.
Предложенную процедуру поясняет табл. 7.2, в которой все
комбинации расставлены в порядке убывания величины APj/APj для
выбранных значений вероятностей обнаружения и вероятностей
ложных тревог трех СО, а именно: Pi=0,7; P2=0,7; P3=0,99; Pi=0,1;
Р~2=0,2; Рз=0,01.
232
При этом видно, что при синтезе оптимального алгоритма
целесообразнее, чтобы общий сигнал тревоги формировался при
срабатывании только третьего СО (j=4), чем при срабатывании первого
и второго (j=5), что и обуславливает преимущества алгоритма по
предлагаемой процедуре по сравнению с алгоритмом 2 из 3.
Предлагаемая схема формирования алгоритмов логической обработки
дает в данном случае (см. табл. 7.2) возможность синтеза семи
различных алгоритмов (когда общий сигнал тревоги вызывает
появление первой комбинации (j=1), первой или второй (j=1 или j=2) и т.д.
Каждый из семи алгоритмов отличается своей вероятностью
обнаружения и при этом обеспечивает минимальную вероятность ложной
тревоги. Большое число вариантов построения решающего правила
(по сравнению с тремя традиционными: И, 2 из 3, ИЛИ)
обеспечивает большую гибкость при выборе конкретного алгоритма.
Таблица 7.2. Комбинации, упорядоченные по отношению APj/APj
1
1
2
3
4
5
6
7
8
Комбинация
111
101
011
001
110
100
010
000
ДР]
0,4851
0,2079
0,2079
0,0891
0,0049
0,0021
0,0021
0,0009
APi
0,0002
0,0008
0,0018
0,0072
0,0198
0,0792
0,1782
0,7128
APj/APj
2400
260
116
12
0,25
0,027
0,012
0,0013
При этом все промежуточные градации лежат в наиболее
важной области между крайними значениями характеристик схем
логической обработки И и ИЛИ. На рис. 7.1 показаны полученные из
табл. 7.2 значения вероятности обнаружения Р и вероятности
ложных тревог Р, обеспечиваемые традиционными схемами логической
обработки И, 2 из 3, ИЛИ (соединены сплошной линией) и
предлагаемыми (штриховая линия).
Видно, что достигаемый положительный эффект обусловлен
тем, что последовательный переход от точки 1 к 2, от 2 к 3 и т.д.
всегда происходит по прямой с наибольшим тангенсом угла наклона
(в нормальном масштабе), т.е. по пути наибольшего отношения
приращения вероятности обнаружения к величине приращения
вероятности ложной тревоги.
Рассмотрим алгоритм на основе присвоения каждому СО
весовых коэффициентов.
233
0,999 -
0,99-
0,9-
0-
1л
0,0001
4
3 /
2 /
rl
I
0,001
6 ,<•/ ИЛИ
5 ' /
/
у
^^^2 изЗ
i i p
0,01 0,1
Рис. 7.1. Графики зависимости Р от Р
Пусть имеется N располагаемых на одном рубеже СО, на
выходе каждого из которых формируется бинарный сигнал Uj,
принимающий (с определенной вероятностью) либо значение и,=1(есть
сигнал тревоги от i-го СО), либо значение U]=0 (сигнал тревоги с i-ro
СО отсутствует), где i=1,2,...,N. Эти сигналы характеризуются
плотностями вероятностей распределений их появления при наличии
нарушителя u)Si(Ui) и при наличии помехового воздействия u>Pi(Uj).
Поскольку при наличии нарушителя сигнал U|=1 формируется с
вероятностью, равной вероятности обнаружения Pi? то можно для
плотности вероятности записать:
(/=1,2 N)[1-P, При U,=0.
Аналогично плотность вероятности при наличии помехового
воздействия:
('=1.2 N)1i-P/ при U,=0.
(7.2)
где Pi - вероятность ложной тревоги i-го СО.
Известно, что оптимальное по критерию Неймана-Пирсона
решающее правило может быть записано в виде [98]:
mSi{ub...,uN)
a)Pi{ub...,UN)
где us(u1l...,uN) - совместная плотность вероятности сигналов от СО
при проходе нарушителя; ojs(ui,...,Un) -to же при наличии помехово-
234
го воздействия; С - произвольная постоянная, значение которой
определяет вероятность обнаружения алгоритма (7.3); u1t...,uN -
анализируемая совокупность сигналов.
При выполнении неравенства (7.3) принимается решение
о наличии нарушителя (формируется общий сигнал тревоги).
Оптимальность решающего правила заключается в том, что
при обеспечении заданной вероятности обнаружения устройства
в целом Р (которая регулируется изменением величины С)
достигается минимальная вероятность ложной тревоги Р. Если все СО
работают на различных физических принципах действия, то сигналы
статистически независимы:
л/
Тогда решающее правило может быть записано в виде:
Вычитая из обеих частей неравенства одну и ту же постоян-
ы 1 _ р.
ную величину £ Ig =?- и вводя новое обозначение
; = 1 1 - Р /
получим
После чего можно окончательно написать решающее правило
в виде:
)>C, (7.4)
Если выполняется неравенство (7.4), то формируется общий
сигнал тревоги. При этом из (7.1) и (7.2) видно:
Щи,) - \1 ПРи Uil (7.5)
' ' (i=i,2 л/>1 0 при и-, =0,
235
где q, = I
- постоянная для i-го СО величина.
Таким образом, оптимальный в указанном смысле алгоритм
построения КСО согласно [(7.4) и (7.5)] заключается в формировании
по сигналу тревоги от i-ro СО сигнала заданной амплитуды qi и
длительности г (т - время памяти) с последующим суммированием
сигналов и сравнением получаемой суммы с фиксированным
пороговым уровнем, превышение которого приводит к формированию
общего сигнала тревоги.
Значения q( могут быть рассчитаны заранее по вероятности
обнаружения Р) и вероятности ложной тревоги Pi i-го СО. На рис. 7.2
приведены графики зависимостей «веса» i-го СО от его характеристик
Pi и Pi. Видно, что «вес» СО q, тем больше, чем больше его
вероятность обнаружения и чем меньше его вероятность ложной тревоги.
0,0001
0,001
0,01
1 Pi
Рис. 7.2. График зависимостей qi от Pi и Pi
Отметим ряд достоинств и отличительных особенностей
полученного алгоритма КСО в соответствии с [(7.4) и (7.5)j, как то:
1. Нетрудно убедиться, что этот алгоритм полностью
идентичен описанному ранее алгоритму упорядочивания комбинаций по
величине отношения &PJAP,, однако имеет более простой вид и
удобнее для практической реализации. При этом, несмотря на то,
что общий сигнал тревоги формируется при превышении заданного
236
порогового уровня суммой сигналов тревоги от отдельных СО (7.4),
каждый из которых имеет свою амплитуду (7.5), сохраняется
логический алгоритм КСО, так как при заданной величине порогового
уровня Ci превышение его могут вызвать лишь определенные
комбинации сигналов тревоги от отдельных СО. Отметим, что значения qi
(7.5) определены с точностью до постоянного множителя, т.е.
алгоритм не изменится, если все q, одновременно увеличить или
уменьшить в одно и то же число раз (изменив в то же число раз значение
порога С^.
2. Алгоритм [(7.4) и (7.5)] всегда оптимален, т.е. при заданной
вероятности обнаружения обеспечивает минимально возможную (на
данном уровне информации) вероятность ложной тревоги, что
непосредственно следует из исходного выражения (7.3). Отметим также,
что тот же алгоритм обеспечивает и максимально возможную
вероятность обнаружения при заданной вероятности ложных тревог.
Иными словами, невозможно синтезировать алгоритм, который
улучшал бы одну из двух указанных характеристик (по сравнению
с алгоритмом [(7.4) и (7.5)]), не ухудшая одновременно другую.
Схемы логической обработки К из N с пересчетом используют
дополнительную информацию о последовательности поступления
сигналов тревоги от отдельных СО при проходе нарушителя, т.е.
этот принцип может быть использован и в предлагаемом алгоритме
для дополнительного уменьшения вероятности ложной тревоги.
Изменение порогового уровня C-i (7.4) позволяет
устанавливать различные вероятности обнаружения алгоритма в целом. При
этом в общем случае обеспечивается (2W-1) различных градаций,
в то время как традиционные схемы логической обработки К из N
обеспечивают только N различных градаций (К = 1,2, ...,N).
Установка порогового уровня С) в пределах
Л/ Л/
дает алгоритм, тождественный алгоритму И (N из N),
обеспечивающий предельно низкую вероятность ложной тревоги, но и невысокую
вероятность обнаружения. Другое крайнее значение
рассматриваемого алгоритма 0<Ci<minqi тождественно алгоритму ИЛИ (1 из N),
обеспечивающему предельно высокую вероятность обнаружения, но
и высокую вероятность ложной тревоги. Таким образом, большое
число градаций алгоритма [(7.4) и (7.5)] находится в наиболее
важной для практических применений области между схемами И и ИЛИ,
что облегчает подбор конкретного значения порогового уровня C-i,
обеспечивающего заданные характеристики КСО. Причем,
в процессе подбора значения Ci для заданной вероятности
237^
обнаружения минимальная вероятность ложной тревоги будет
обеспечена автоматически.
То же самое относится и к возможности регулировки
характеристик КСО в условиях эксплуатации (например, в связи с
изменением тактической обстановки) путем изменения порогового уровня
N
Ci в пределахО<С1 <£д, обеспечивающего оптимальность алго-
ритма для любого значения С^.
3. Алгоритм построения КСО [(7.4 ) и (7.5)] является
универсальным по отношению к использованию различных СО.
Действительно, значения qi полностью определяются значениями
характеристик i-го СО (7.5) и не зависят от характеристик других СО,
используемых в составе КСО, т.е. значение «веса» i-ro СО может
учитываться непосредственно при формировании сигнала тревоги
от i-го СО. В этом случае обеспечивается простота наращивания
дополнительных СО в КСО.
4. В случае, если функция потерь линейна, суммарные потери
где Р- вероятность ложной тревоги; 1-Р - вероятность пропуска
нарушителя; V!,V2 - частота появления нарушителя и помехового
воздействия соответственно; Ц.1.2 - потери от одного пропуска и
ложной тревоги соответственно.
При необходимости обеспечить минимум потерь его легко
получить путем дифференцирования. Величина отношения
правдоподобия
dP(P) = cos = ЦУ2
dP op L,W,
должна быть постоянной, т.е. в соответствии с (7.3) пороговый
уровень С должен быть неизменным (при замене одного СО другим, при
выходе части СО из строя, при включении в состав КСО
дополнительных СО и т.п.).
5. Наиболее сложным является выбор значения параметра Ci
в решающем правиле (7.4) таким образом, чтобы обеспечивалась
заданная вероятность обнаружения Р (или вероятность ложной
тревоги Р). Связь этих параметров записывается в виде:
P = 2>sK"2 tf/v). (76)
где суммирование проводится по тем комбинациям (u^ uN), для
которых выполняется неравенство (7.4). Для случая необходимости
качественной оценки значений вероятностных характеристик алго-
238
ритма по значению параметра Ci нетрудно получить оценку,
воспользовавшись тем, что выполнение неравенства (7.4) тождественно
выполнению (7.3) и тождественно выполнению неравенства
ш5(и)/Ыр(и)>А,где
Л/ л_р.
Д = 10с =10 '=1 1"Р| .
Тогда нетрудно получить:
i
Р
или окончательно:
1-р,
1-Р/
Аналогично легко получить:
1-Р А '
или для вероятности пропуска нарушителя:
Следует отметить, что полученные неравенства выполняются
обычно с большим запасом (правая и левая части отличаются на
порядок и более). В случае определения точной связи характеристик
Р и Р с параметром изменения величины порогового уровня С,
необходимо пользоваться более сложными в вычислительном плане
соотношениями (7.6) с учетом (7.4).
6. В связи с тем, что полученный алгоритм [(7.4) и (7.5)] носит
логический характер, он дает выигрыш по сравнению с
традиционными (К из N) лишь в случае объединения в КСО не менее трех СО
(N23).
7. Выражения (7.4) и (7.5), определяющие алгоритм
построения КСО, были получены при рассмотрении вероятности ложной
тревоги от помехового воздействия как единичного акта (например,
разряда молнии, проезда автомашины, прохода по 03 животного).
В связи с этим представляется целесообразным обобщить данный
алгоритм на случай распределенных во времени помеховых
воздействий, характеризуемых частотой ложных тревог N, либо временем
наработки на ложную тревогу Т = (1/N).
Для получения такого алгоритма воспользуемся
применявшимся ранее табличным методом (табл. 7.1, 7.2) в несколько более
239^
формализованном виде. Пусть имеется N средств обнаружения с
вероятностями обнаружения Pi(i=1,2 N) и частотами ложных
тревог Ni(i=1,2,...,N). Пусть, как и прежде, сигнал Ui на выходе i-ro CO
принимает два значения: Uj=1 (есть сигнал тревоги), и,=0 (нет
сигнала тревоги).
Поясним дальнейшее изложение на примере трех СО. В этом
случае также можно составить таблицу (табл. 7.3), в которой для
каждой из возможных комбинаций сигналов тревоги (отмеченных
номером j) представлены вероятность ее появления при наличии
нарушителя ЛР; и частота ее появления при его отсутствии ANj.
Таблица 7.3. Вероятности и частоты появления комбинаций
для трех СО
i
1
2
3
4
5
6
7
Комбинация
111
110
101
011
100
010
001
ДР(
Р1Р2Р3
PiP2(1-P3)
Pi(1-P2)P3
(I-POP2P3
Pi(1-P2)(1-P3)
(1-Pi)P2(1-P3)
(1-Pi)(1-P2)P3
ДР)
3r2NiN2N3
2rNiN2
2rNiN3
2rN2N3
N1
N2
N3
Эта таблица полностью аналогична табл. 7.1, за исключением
отсутствия комбинации 000 (отсутствие сигналов тревоги от каждого
из СО). Как и ранее, значком т обозначено время памяти, в течение
которого должны прийти сигналы тревоги от различных СО. Для
синтеза алгоритма КСО, обеспечивающего наилучшее соотношение
между его вероятностью обнаружения Р и частотой ложных тревог
N, необходимо вновь провести следующую последовательность
действий:
- упорядочить все комбинации по убыванию отношения APj
(вклад j -й комбинации в вероятность обнаружения) к АН] (ее вклад
в частоту ложных тревог);
- установить алгоритм обработки сигналов тревоги от
отдельных СО таким образом, чтобы к формированию общего сигнала
тревоги приводило появление любой комбинации из определенного
числа первых j0 комбинаций в таблице.
240
В этом случае ясно, что при заданной вероятности
обнаружения алгоритм
1
будет достигнута минимальная частота ложных тревог
(здесь нумерация j изменена в соответствии с проведенным ранее
упорядочением). Изменение количества комбинаций j0 позволяет
обеспечивать заданную вероятность обнаружения алгоритма (или
частоту ложных тревог).
Обобщим описанную процедуру на случай произвольного
числа СО (N). В этом случае, как и ранее, вклад произвольной
комбинации сигналов тревоги (и^иг,...,^) от отдельных СО в вероятность
обнаружения КСО составит
..,uN) = Y[wSi(ui), (7.7)
P-i при с/у — 1,
P, при И/=0.
Вклад в частоту ложных тревог может быть записан в виде:
AWCu, uN) = LTL-^a,Nl(u,), (7.8)
. . [л// при и, = 1,
где o>N(u,) = \ '
[ 1 при и, = 0,
L - число сработавших СО;
N
В последнем выражении удобно привести все частоты к
единице времени г, тогда
tfw) = L,n «„,(",), (7.9)
где Дп = tAN - вклад в число (вероятность) ложных тревог за время г
. [л/ при и,- = 1,
"' ' [1 при и,=0,
где m = tANi - число (вероятность) ложных тревог i-ro СО за время г .
Алгоритм принятия решения для КСО по поступившим
сигналам от СО может быть записан в виде:
-.Цд,) (710)
т.е. к формированию общего сигнала тревоги в случае выполнения
неравенства (7.10) будет приводить лишь появление комбинаций
с наибольшим отношением вклада в вероятность обнаружения
к вкладу в количество ложных тревог. При этом изменение величины
С2 меняет число комбинаций, приводящих к общему сигналу тревог,
обеспечивая при получаемой вероятности обнаружения
Р = ZAP(u1,...,uN) минимальную частоту ложных тревог
n = SAn(u1,...,uN) (суммирование проводится по тем комбинациям
(ub...,uN), для которых выполняется неравенство (7.10)).
Пользуясь монотонностью логарифмической функции и
выражениями (7.7) и (7.8), после логарифмирования (7.10) получаем:
N
Вычитая из обеих частей неравенства величину
окончательно получаем (пользуясь (7.7) и (7.8))
Сз, (7.11)
при и,=\
при Ui-0-
о, =lg '—=—постоянная величина;
(1в)"
л/
С3 =1дС2 -Х'эС"^/) -произвольная постоянная величина.
;=1
Таким образом, оптимальный алгоритм обработки бинарных
сигналов тревоги от СО в КСО заключается в суммировании
сигналов тревоги от отдельных СО с "весами" q, вычитании логарифма
числа сработавших СО и сравнении получаемого результата с
фиксированным порогом.
В связи с имеющимся сходством решающего правила (7.4)
и (7.11) целесообразно оценить, в каких условиях можно не
учитывать второй член в левой части неравенства (7.11). В случае равен-
9 —3018
242
ства параметров ni = n2=... = nN и Pi=P2=-=Pn при срабатывании L
средств обнаружения первый член в (7.11) будет равен
второй член составит IgL и им можно пренебречь, если
1
lgL<— Llg
У 10 a
(7.12)
Путем дифференцирования по L отношения второго члена
к первому, нетрудно получить то значение L, при котором второй
член максимален по отношению к первому. После его подстановки
в (7.12) получаем неравенство, при выполнении которого решающее
правило (7.11) будет совпадать с (7.4):
fi 1 (Y
d
m IL) Рл
Область выполнения данного неравенства приведена на
рис.7.3 (заштрихована). Видно, что при значениях вероятностей
обнаружения отдельных СО более 0,8 второй член в (7.11) можно не
учитывать при отношениях времени наработки на ложную тревогу
отдельного СО ко времени памяти, превышающих 10.
Сравнение выражений для qi в (7.11) и в (7.5) показывает, что
они идентичны в области малой вероятности ложной тревоги
(Pi < 0,1), если в случае распределенных во времени помеховых
воздействий трактовать ее как вероятность ложной тревоги за время
памяти г.
160 —
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1
Рис. 7.3 . Область упрощения решающего правила
243^
На рис. 7.4 приведены зависимости относительного «веса» СО
qi в зависимости от времени наработки на ложную тревогу i-го СО по
отношению ко времени памяти т для различных значений
вероятности обнаружения i -го СО Р, в соответствии с (7.11).
9. Решающие правила (7.4) и (7.11) представляют в
определенном смысле «идеальную» схему логической обработки сигналов
тревоги от отдельных СО при синтезе КСО, в связи с чем появляется
возможность оценки информативности сигналов на выходе СО и
сравнительной эффективности самих СО (и КСО в целом).
Действительно, в соответствии с (7.5) и (7.11) i-oe CO полностью
характеризуется своим «весом» qi; который в случае высоких вероятностей
обнаружения (более 0,9) и малых вероятностей ложной тревоги
(менее 0,1) может быть записан в виде:
где Р| - вероятность обнаружения i-ro СО; Pi - вероятность ложной
тревоги от единичного акта воздействия либо вероятность ложной
тревоги за время памяти т (ранее обозначавшаяся п ).
0,999
99
0,9
10
Рис. 7.4. Графики зависимостей q, от — и Р,
г
То есть имеется возможность характеризовать СО не двумя
параметрами, а одним, обладающим к тому же свойством аддитивности.
Таким образом, при оценке информативности бинарного
сигнала на выходе СО можно использовать величину Ipqi, считая, что
информативность сигнала тем больше, чем больше величина qi.
244
Информативность совокупности N сигналов будет оцениваться в
данном случае суммой:
w л/
/ = !/"/= 19/.
/=1 /=1
Показатель информативности может быть полезен при
сравнении различных СО с целью их выбора для использования в
определенных условиях эксплуатации.
Наибольшую сложность в выборе показателя эффективности
СО и КСО представляет собой трудность сравнения различных СО
одновременно по двум показателям — Pj и Pi. Выражение (7.13)
позволяет свести оба показателя к одному наиболее естественным
(хотя и не единственно возможным) образом, что облегчит
сравнение различных СО. Так, например, одинаково эффективными
следует считать два СО, для которых qi=q2 (при совпадении остальных
характеристик: стоимости, надежности и т.д.), т.е. одинаково
эффективными по показателю будут СО с характеристиками:
Р^О.99; Ь=103; Р2=0,7; Ь.=4х104 (см.рис. 7.4).
г т
Для оценки экономической эффективности следует ввести
показатель
Э,=тН Р'|1"в). (7-14)
где I - информативность СО; С - стоимость СО.
Этот показатель полезен при выборе СО для включения их в
КСО, так как позволяет учитывать три основных показателя:
вероятность обнаружения, вероятность (частоту) ложных тревог и стоимость
отдельного СО. Основанием к записи экономической эффективности
в виде (7.14) служит то, что два СО с одинаковыми I и q дают
одинаковый вклад в решающий алгоритм (7.4), т.е. при одинаковой
стоимости их использование будет одинаково эффективно. Более
эффективным же будет использование СО с большим значением I; либо с
меньшим значением Q. Если же вклад одного из СО превышает в Ко
раз вклад от другого (li=Kol2 или qi=Koq2), то поскольку в алгоритме
(7.4) проводится их суммирование, использование одного первого СО
эквивалентно использованию Ко вторых СО, т.е. первое и второе СО
будут одинаково эффективны, если стоимость первого будет в Ко раз
больше стоимости второго. Таким образом, эффективность СО не
должна меняться при одновременном изменении в одно и то же число
раз как величины i|=qi, так и его стоимости Q.
245
Рассчитав значения Э, (7.14), следует выбрать те СО, для
которых величина Э( максимальна. Тогда для КСО будут обеспечены
не только наилучшие характеристики (вероятность обнаружения
и частота ложных тревог), но и наименьшая стоимость.
10. Оптимизация алгоритма обработки сигналов в КСО
проводилась обычно на основе анализа усредненных вероятностных
характеристик отдельных СО: вероятности обнаружения Pj и средней вероятности
(частоты) ложных тревог Pi(ni). В то же время ясно, что учет конфетной
помеховой обстановки (в определенных условиях эксплуатации или в
определенный момент) позволил бы на основании более полного
использования имеющейся информации добиться дальнейшего
улучшения характеристик КСО в целом. Такая возможность представляется
наличием в решающем правиле (7.11) явной зависимости параметров
алгоритма (qi) от вероятности обнаружения Pj соответствующего СО и его
частоты ложных тревог (за время памяти г) п,.
Предположим, что изменение помеховой обстановки для i-ro
СО привело к возрастанию частоты ложных тревог в m раз. В этом
случае «вес» данного СО в алгоритме (7.11) должен быть изменен,
его новое значение qi связано со старым qi0 соотношением:
<7/ ='9,. ' - =q,o-'gm- (7.15)
Таким образом, адаптивный алгоритм, позволяющий
подстраиваться под изменения помеховой обстановки, состоит в
накоплении информации о том, во сколько раз увеличивается частота
ложных тревог у i-ro CO (путем подсчета тех сигналов тревоги от i-ro
СО, которые не сопровождаются общими сигналами тревоги КСО),
и в последующем использовании этой информации для уменьшения
«веса» i-ro CO в соответствии с полученным законом (7.15). В
остальном алгоритм построения КСО (7.11) не меняется. На рис. 7.5
показана упрощенная структурная схема, реализующая описанный
адаптивный алгоритм.
По сравнению с традиционной структурной схемой КСО (рис.
7.6) для реализации адаптивного алгоритма введены счетчики СЧ,
по одному на каждый канал, которые позволяют уменьшать
амплитуду сигнала, формируемого ФП| (по закону (7.15)) для того COj,
частота сигналов тревоги с которого повышается (при отсутствии
общего сигнала тревоги). В остальном процесс функционирования
адаптивной КСО (рис. 7.5) аналогичен неадаптивной (рис. 7.6). Введение
адаптации к текущей помеховой обстановке на уровне построения
КСО позволяет значительно снизить число ложных тревог КСО без
потери информации от каждого из СО.
246
COi
+ СЧ1
ФИ1
COi
CON
—»
p
+ сч:
p
, +C4N
ФИ;
ФИМ
T:
К
с!
Рис.7.5. Структурная схема адаптивного КСО
COi
COi
CON
►
ФИ1
ФИ|
ФИМ
I—►
—►!
►
К
t
С1
Рис. 7.6. Структурная схема традиционного КСО
Полезно оценить те пределы изменения частоты ложных
тревог, в которых возникает необходимость в проведении адаптации.
Для того чтобы влияние увеличения частоты ложных тревог m на
алгоритм функционирования КСО было несущественным,
необходимо, чтобы поправка, связанная с адаптацией, была по крайней
мере на порядок меньше величины qi (7.15):
247
■ 1 ,
\gm<— Ig
Р:
Построенные на основании данного соотношения номограммы
приведены на рис.7.7.
107 тд
■Го2 Го3 10* Го5 юв
Рис. 7.7. Области параметров,
где допустимо не проводить адаптацию алгоритма
Показаны области (частично заштрихованы) тех значений т,
при которых возможно не учитывать возрастание частоты ложных
тревог, в зависимости от среднего значения отношения времени
наработки на ложную тревогу ко времени памяти 1\1т для различных
значений вероятности обнаружения Р, отдельного СО. Так,
например, для СО с вероятностью обнаружения Pj=0,9 и временем
наработки на ложную тревогу г, =500ч при времени памяти КСО г =1 мин
отношение Т,/т составит 30000 и в соответствии с рис. 7.7 легко
убедиться, что нет необходимости применять адаптивный алгоритм
(7.11), (7.15) в случае возрастания частоты ложных тревог менее
чем в 3,5 раза (т.е. при текущем времени наработки на ложную
тревогу более 140 ч).
248
7.3. Анализ возможностей улучшения характеристик
комбинированных средств обнаружения
за счет совместной обработки непрерывных сигналов
Использование микропроцессорных устройств предоставляет
возможность улучшения ТТХ КСО не только за счет усложнения
алгоритмов обработки в отдельных СО, но и за счет усложнения
общего алгоритма обработки сигналов в КСО.
В наиболее общем виде процесс функционирования
произвольного СО заключается (рис.7.8) в формировании на выходе
чувствительного элемента (ЧЭ) электрического сигнала от
производимых на него физических воздействий, последующей обработки этого
сигнала с помощью электронного блока обработки (БО) для
выделения полезных (от нарушителя) и подавления помеховых сигналов.
Сигнал U с выхода блока обработки поступает на вход
дискриминатора Д, где при попадании этого сигнала в заданный интервал
значений формируется сигнал тревоги СО. В простейшем случае
дискриминатор является пороговым элементом, формирующим
бинарный сигнал тревоги при превышении сигналом U заданного уровня.
Очевидно, что сигнал U на выходе БО до дискриминатора,
выносящего решение о наличии нарушителя, содержит в себе больше
информации, чем сигнал на выходе Д. Таким образом, с точки зрения
построения КСО определенная часть информации, выделяемой БО,
теряется на этапе дискриминации для КСО, функционирующей на
основе анализа только бинарных сигналов тревоги от отдельных СО.
ЧЭ
БО
U
Д
Рис. 7.8. Упрощенная схема функционирования СО
Пусть имеется N различных размещаемых на одном участке СО.
Каждое из них можно характеризовать плотностью вероятности
амплитудных значений множества сигналов на выходе БО при проходах
нарушителя Wsj(Ui) (i - номер СО, i = 1.2...N) и плотностью вероятности
амплитудных значений сигналов от помеховых воздействий W^U,).
В простейшем случае, когда дискриминатор является
пороговым элементом, на выходе которого при превышении сигналом Uj
порогового уровня П, формируется сигнал тревоги, вероятность
обнаружения i-го СО
Р, = ]cosi(Ui)dUi, (7.16)
а вероятность ложной тревоги i-ro СО
249
Pi =
(7.17)
П;
Так как превышение порога максимальным значением сигнала
приведет к формированию сигнала тревоги i-го СО, то при
отсутствии превышения сигнала тревоги не будет. Эти соотношения
проясняет рис. 7.9.
Pi
Рис. 7.9. Плотности вероятностей амплитудных значений сигналов
на выходе БО отдельного СО
Вероятность ложной тревоги Pt связана с возможностью
превышения сигналом от помехового воздействия порога П|.
Вероятность обнаружения Р, не равна единице в связи с возможностью
того, что сигнал от нарушителя не достигнет порога П,.
В случае двух СО (N=2), объединяемых в КСО по
традиционной схеме логической обработки И, область принятия решения о
наличии нарушителя можно изобразить в координатах и^г
(заштриховано на рис. 7.10).
В случае, когда сигналы U, и U2 для обоих СО едва превзойдут
соответствующие пороги ГЬ и П2, будет сформирован общий сигнал
тревоги (точка 1 на рис.7.10). В случае же, если один из сигналов
(Ui) попал в область вероятного наличия нарушителя, а другой (U2)
не дошел до порогового уровня (точка 2 на рис.7.10), общий сигнал
тревоги сформирован не будет, хотя ясно, что наличие нарушителя
во втором случае гораздо более вероятно. Таким образом,
целесообразно введение определенных градаций по достоверности
наличия нарушителя для каждого СО, сглаживающих границы принятия
решения по сигналам Ui и U2 для КСО.
250
П2
Рис. 7.10. Область принятия решения для схемы 2 по И
Вернемся к общему случаю N средств обнаружения. Известно,
что решающее правило, обеспечивающее при заданной вероятности
обнаружения минимальную вероятность ложной тревоги, может
быть записано в виде [98]:
С, (7.18)
где ixis{U; UN) - плотность вероятности амплитудных значений
параметров (^.....Un) при наличии нарушителя; wp(U1 11м)-тоже
для помеховых воздействий; С - постоянная величина, значение
которой определяет вероятность обнаружения.
При выполнении неравенства (7.18) принимается решение
о наличии нарушителя. В этом случае вероятность обнаружения Р
и вероятность ложных тревог Р для решающего правила (7.18)
имеют вид:
Р=\- \<os{Ux UN)dU, dUN);
1 u"
c
P=\...
K
UN)
\cop(Ub...,UN)dU, dUN).
(7.19)
UN)
Для случая статистической независимости совокупности
параметров и^...,^ для СО, функционирующих на различных
физических принципах,
^) f ()
в связи с чем решающее правило 7.18 может быть окончательно
записано в следующем виде:
251
(7.20)
Таким образом, процедура принятия решения для КСО
состоит, согласно (7.20), в формировании по поступающему с выхода
отдельного СО сигналу О, (снимаемому до его выходного
дискриминатора) другого сигнала по известной функциональной зависимости
т(Ц) = In Si| '' (этот сигнал характеризует степень "достоверности"
V(U)
наличия нарушителя по отношению к помеховым воздействиям),
запоминании максимального значения этого сигнала на время
памяти г (в связи с последовательным преодолением нарушителем зон
чувствительности различных СО), суммировании последних и
сравнении получаемой суммы с общим фиксированным пороговым
уровнем С, при превышении которого формируется общий сигнал
тревоги КСО.
Рассмотрим важный частный случай нормальных
распределений u)sj(Uj) и Cdpi(Ui). В этом случае можно записать:
1
-exp
exp
(mSi-Ui)2
24
2a%
(7.21)
1
1
(7.22)
где msi и rripj - средние значения для распределений; asi и opi - их
дисперсии, i = 1,2, ...N.
Тогда решающее правило запишется в виде:
Полагая далее, что aSi=aPi и mPi=0 (что может быть всегда
осуществлено сдвигом координат Uj), получим наиболее простое
выражение:
U, > СА, (7.23)
согласно которому принятие решения сводится к усилению сигналов
U, от отдельных СО, их суммированию после выделения
максимальных значений и сравнению получаемого суммарного сигнала с
пороговым уровнем Ci.
Коэффициенты усиления К| = mSi/a|i фактически
нормализуют сигналы Uj, т.е. приводят их к сопоставимому виду, так как значе-
252
ние сигнала измеряется относительно дисперсии помехи Ui/oPi с
учетом отношения сигнал/шум (mSi/o>i), что позволяет суммировать
сигналы на выходах усилителей mSiUj/Opj.
Проведем анализ алгоритмов обработки сигналов в КСО (7.20)
и (7.23):
1. Линейный алгоритм 7.23 весьма прост для практической
реализации, в том числе и на традиционной элементной базе.
Простота реализации алгоритма (7.23) связана не только с простотой
его вида, но и со сравнительной простотой нахождения его
параметров, поскольку для расчетов его коэффициентов усиления
необходимо лишь знание легко оцениваемых параметров mSi и aSj. Хотя, с
другой стороны, диапазон эффективного использования данного
алгоритма КСО существенно ограничен сделанными при его выводе
допущениями о соотношениях параметров сигналов.
Структурная схема устройства, реализующего в обобщенном
виде алгоритм 7.23, представлена на рис. 7.11.
i ЧЭ1
-►
cc
BO,
: :
| ЧЭ;
-►
1
со.:,,
BOi
• •
; 43N
-+■►
1
COn!,,..
BOn
I
ЛУ1
:
■►
"*■
BBMi
•
•
•
BBMi
• •
• •
• «
ЛУм
BBMN
-I
s
-►
к
C1
Рис. 7.11.Обобщенная структурная схема КСО
Сигнал с i-ro ЧЭ проходит обработку в БО,, на выходе которого
формируется непрерывный сигнал Uj. ЧЭ[ в совокупности с БО,
представляет собой i-e средство обнаружения.
Сигнал и( с выхода i-го СО нормализуется линейным
усилителем ЛУ, (с коэффициентом усиления К| = mSi/a|) и поступает на
блок выделения и хранения максимальных значений БВМ,, которые
затем суммируются на сумматоре £. При превышении суммарным
сигналом заданного порогового уровня с\ компаратор К в
соответствии с (7.23) формирует общий сигнал тревоги КСО.
В отличие от линейного алгоритма (7.23) практическая
реализация оптимального в указанном смысле алгоритма КСО в общем
виде (7.20) связана со значительными трудностями как при
экспериментальном нахождении зависимостей WSi(Uj) и WPi(Ui), так и при
попытке создания блока, осуществляющего преобразование
входного сигнала в выходной по заданной функциональной зависимости
Структурная схема алгоритма (7.20) будет полностью
аналогична структурной схеме, изображенной на рис. 7.11, если заменить
линейные усилители ЛУ| на функциональные преобразователи сщ.
2. Алгоритмы (7.20) и (7.23) являются оптимальными на
имеющемся уровне информации не только в смысле обеспечения
минимальной вероятности ложной тревоги при заданной
вероятности обнаружения КСО, но, как нетрудно убедиться, те же решающие
правила могут быть получены при необходимости обеспечения
максимальной вероятности обнаружения при заданной фиксированной
вероятности ложной тревоги.
Достигаемый положительный эффект связан с тем, что в
алгоритме 7.20 для выходных значений Uj каждого СО может
формироваться множество различных градаций по степени достоверности
наличия нарушителя, указывающей, во сколько раз вероятнее, что
данный сигнал Ц относится к классу полезных, а не к классу помеховых.
Окончательное решение принимается лишь на основании
совместного анализа совокупности сигналов от различных СО, при этом
частичная потеря информации в одном из СО может быть скомпенсирована
другими СО. Иными словами, значение сигнала на выходе одного из
СО U, фактически регулирует пороговый уровень для других СО
(большая величина значения функции f(Uj) = In—Si' '■■■ уменьшает
(U)
совокупный пороговый уровень для других СО и наоборот).
Оценим выигрыш алгоритма КСО (7.23) для двух СО (N=2) по
сравнению с традиционной схемой логической обработки 2 по И
(2 из 2). Для упрощения вывода оценки допустим, что в нормальных
распределениях (7.21) mpi=mP2=0, ap1=oP2=1 (что без нарушения
общности может быть всегда сделано сдвигом и изменением
масштаба измерения параметров Ui и U2), а также asi=aS2 и aS2=o>2
(появление сигнала от нарушителя приводит к сдвигу максимального
значения без изменения дисперсии).
В этом случае для схемы логической обработки 2 по И следует
устанавливать пороги каждого СО таким образом, чтобы обеспечи-
254
вались равные вероятности обнаружения обоих СО т.е. П,=г
П2=т52-а. Так как сигнал тревоги будет формироваться при
срабатывании обоих СО, то для вероятности обнаружения Р2И и вероятности
ложной тревоги Рги можно записать
, \coS2(U2)dl)2 ,
U2>mS2-a (7 24)
\coP2{U2)dU2 ,
после чего, используя (7.21) и асимптотическое разложение
1 "г ( t2).. 1 ( х2)
FH"yfTeTT Гпри х~>с°1
легко получить приближенные оценки (в области высоких
вероятностей обнаружения и низких вероятностей ложной тревоги):
2
(7.25)
( i \2 / %2 Л
(шЧ1-а) (то?-а)
— 42 2 j
Рги « -
2л-(т31-а)(т52-а)
При тех же параметрах двух СО решающее правило (7.23)
запишется в виде msiUi+ms^, в связи с чем вероятность
обнаружения Р и вероятность ложной тревоги Р предлагаемого алгоритма
составят (см. 7.19):
mS2U2>C2 (7.26)
\\coP,{U,)mP2{U2)dU,dU2
Используя (7.21) и асимптоматическое разложение, получим
(после введения удобного обозначения С2 = С^/^т^ + т$2):
\2"
exd--L/msi+mS2-C2
Р-1 \_. , f^-, (7.27)
25S
При выборе параметра С2 равным C.,/-y/m§i+ m|2 легко
видеть, сравнив (7.27) и (7.25), что предлагаемый алгоритм
обеспечивает (для порогового уровня С, = m|| + m§2 -a^mf., -m§2) не худшую
вероятность обнаружения
2 А ( а2
■42па л/2л-а
при одновременном выигрыше по вероятности ложной тревоги:
(ms1-a)2 (mS2-ax2
exd (ms1a) (mS2a) , ,
п ~ о ? >/2я-k/msi+mS2 -a
2л-(т51-а)(т52-а)
Для упрощения анализа этого выражения примем msi=mS2=m,
a=m/2. В этом случае выигрыш
S^l^exp(o,168m2)
Р т у '
возрастает с ростом отношения сигнал/шум m и для характерных
значений т=5...7 составляет 20...800 раз. В несколько более общем
случае равенства отношения сигнал/шум для обоих СО msi=mS2=m
для произвольного параметра «а» легко получить из (7.28):
Пользуясь тем, что величины "а" и Р2И на основании (7.24)
однозначно определяют друг друга, можно получить следующую
зависимость:
а
Рги
0,98
0,7
1.63
0.9
2.58
0.99
3.29
0.999
Исходя из изложенного, можно построить зависимости
достигаемого выигрыша от отношения сигнал/шум на выходе отдельного
СО для различных значений обеспечиваемой вероятности
обнаружения Р2И (рис. 7.12).
Из графиков видно, что наибольший выигрыш от применения
алгоритма КСО (7.23) по сравнению с традиционным при
использовании одних и тех же СО достигается для больших значений
отношений сигнал/шум отдельных СО и для высокой вероятности
обнаружения КСО в целом.
256
0,93
0.3
4 £ 6 7 S 9 m
Рис.7.12. Графики зависимостей Рги/Р от m для различных значений Р2и
Полученные выражения (7.25), (7.27), (7.28) справедливы
лишь в области высоких вероятностей обнаружения и низких
вероятностей ложной тревоги. В связи с этим для оценки достигаемого
положительного эффекта алгоритма КСО (7.23) по сравнению с
алгоритмом 2 по И в случае малых отношений сигнал/шум отдельных
СО следует сравнить зависимость вероятности обнаружения от
вероятности ложной тревоги Р2И(Р2и) для схемы 2 по И, получаемую
исключением параметра "а" из (7.24), с аналогичной зависимостью
Р(Р) для алгоритма (7.23), получаемую исключением параметра Ci
из (7.26). Ниже на рис. 7.13 приведены графики данных
зависимостей для схемы логической обработки 2 по И (сплошная линия),
полученные путем точного вычисления интеграла вероятностей в
выражениях (7.24), (7.26) для ряда значений mSi и ms2-
Из приведенных графиков видно, что в области малых
значений отношений сигнал/шум (mSi/mS2<3) выигрыш (определяемый как
отношение вероятности ложной тревоги для схемы 2 по И к
вероятности ложной тревоги алгоритма (7.23) при одинаковой их
вероятности обнаружения) составляет не более 8, убывая с уменьшением
величины отношения сигнал/шум СО до нескольких десятков
процентов (для mSi=mS2=1) и практически не изменяясь от обеспечи-
257^
ваемого значения вероятности обнаружения КСО. Таким образом,
применение алгоритма КСО (7.23) позволяет добиться
существенного улучшения помехоустойчивости КСО за счет рационального
использования характеристик сигналов на выходе СО. При этом
положительный эффект достигается даже для КСО, в состав которой
входит только два СО. Дополнительные исследования показывают,
что выигрыш того же порядка достигается и по сравнению со схемой
логической обработки ИЛИ и возрастает при увеличении числа СО,
входящих в состав КСО (N).
Pi
~,r' ;V* 10' /о-1 /о" x P о" хо- хо* хо' хо' хо* хо1 Р
а) ■ б)
р
То' г/о 'i/a'Stf' sxo1 ёж* Р о
Рис. 7.13. Графики зависимостей Р от Р для различных значений ггы и mS2
3. Линейный алгоритм построения КСО (7.23) был получен
в предположении равенства дисперсий aSi=o>i для нормальных
распределений (7.21). В связи с этим интересно сравнить в случае их
несовпадения (aSi * aPi) точный алгоритм (7.22) с приближенным
(7.23), т.е. определить, можно ли пользоваться вместо точного
алгоритма (7.22) более простым (7.23) и каковы будут при этом потери.
258
Без потери общности результата примем, что в
распределениях (7.21) mPi=0, Opi=1 и для упрощения анализа as,=o. Рассмотрим
случай двух СО, тогда линейный алгоритм (7.23) msiU1mS2U2>C1
обеспечивает в зависимости от значения порога d вероятность
обнаружения Рл и вероятность ложной тревоги Рл:
Я
ms1+ms2>Ci
Рл =
Точный нелинейный алгоритм (7.22)
ч2
-U2f\\dU,dU
Я -T"expf-^k +Ui))dU,dU2 .
(7.29)
и,-
mS2
где R - произвольная постоянная, обеспечит вероятность
обнаружения Рт и вероятность ложной тревоги Рт (7.19):
аа
Рт=<
Рт=\
WIR,
W\R,
W\R,
1-а2;
аа
аа
а<\
а>%
а<\
(7.30)
а -\)
W(r,h) = expl -^-Jjexpl -j\lo(ht)tdt,
где lo(ht) - функция Бесселя нулевого порядка,
а =
Сравнение характеристик рассматриваемых алгоритмов
проводилось путем получения численных зависимостей Рл и Рл
(исключением параметра С, из (7.29)), Рт с Рт (исключением
параметра R из (7.30)) и последующего сравнения значений Рл и Рт при
одинаковых вероятностях обнаружения обоих алгоритмов Рл=Рт- При
незначительных отличиях дисперсий полезного и помехового
сигналов (1/3<о<3) и средних значениях отношения сигнал/шум (3<а<10)
выигрыш алгоритма (7.22) не превосходит 70%, достигая
наибольшего значения при малых отношениях сигнал/шум отдельных СО.
259
На рис. 7.14 приведены зависимости вероятности пропуска (1-Р) от
вероятности ложной тревоги Р для точного (7.22) алгоритма
(штриховая линия) и линейного (7.23) алгоритма (сплошная) для ряда
значений параметров а и а. Таким образом, есть основания
предполагать, что при высоких отношениях сигнал/шум на выходе отдельных
СО (более 5) основной вклад в выигрыш оптимального алгоритма по
сравнению с традиционными схемами логической обработки вполне
обеспечивается его заменой на линейный, хотя для конкретных
практических приложений требуется дополнительная проверка и
сравнение алгоритмов для конкретных зависимостей wsi(Ui) и Wp,(Uj).
Рис.7.14. Сравнительные графики зависимостей 1-Р от Р
для ряда значений параметров а и а
4. Алгоритм обработки (7.23) не меняется при одновременном
увеличении или уменьшении всех коэффициентов усиления в одно
и то же число раз (при соответствующем изменении также и
значения порогового уровня Ci). To же самое относится к общему
алгоритму (7.20).
5. Алгоритмы (7.20) и (7.23) дают возможность плавной
регулировки вероятности обнаружения (путем изменения параметров С
или С,), автоматически обеспечивая при этом минимальную
вероятность ложной тревоги (на имеющемся уровне информации).
260
6. Значения каждого из коэффициентов усиления в (7.23), так
же как и вид функционального преобразования f(Uj) = ln
Si V i /
в (7.20), зависят только от параметров i-ro CO и не зависят от других
СО, входящих в состав КСО. Таким образом, изложенное позволяет
сделать следующие выводы:
1. Формирование на выходе отдельного СО не сигнала
тревоги, а значения f(U;) позволяет наращивать КСО, заменять в нем
отдельные СО, обеспечивать устойчивость работы при отказе части
СО. Иными словами, с точки зрения оптимизации характеристик
КСО, от отдельных СО должна приходить информация о том,
насколько вероятнее в данный момент времени наличие воздействий
от нарушителя по сравнению с помеховым воздействием. На
основании сравнения этой информации от различных СО (а не на
основании сравнения решений, которые уже приняты отдельными СО)
принимается окончательное решение. При этом нет необходимости
переделывать или изменять алгоритмы функционирования самих
СО, необходимо лишь получать информацию, прошедшую блок
обработки СО, но до того, как на ее основании отдельным СО было бы
принято решение о наличии или отсутствии нарушителя.
2. Для синтеза алгоритма КСО в общем виде (7.20)
необходимо знание характеристик WSi(Ui) и WPi(Ui) отдельных СО, которые
могут быть получены путем статистического анализа сигналов на
выходе блока обработки СО (до дискриминатора) или его модели.
Таким образом, существует принципиальная возможность
улучшения характеристик КСО за счет использования новых алгоритмов
обработки, в связи с чем основной упор следует перенести на
оценку вида зависимостей WSj(Uj) и WPi(Uj) для различных СО. Кроме
того, в рамках рассмотренного направления целесообразно
продолжить разработку алгоритмов функционирования КСО, способных
одновременно обеспечивать эффективность алгоритмов (7.20) и (7.23).
3. Алгоритмы функционирования КСО (7.20) и (7.23)
обеспечивают наибольший выигрыш по сравнению с традиционными в
случае, если в составе КСО имеется не менее двух СО. Эффект
возрастает с увеличением отношения сигнал/шум отдельного СО (т.е.
при одновременном возрастании вероятности его обнаружения
и убывании вероятности ложной тревоги). Величина выигрыша
может доходить до двух порядков и более.
Материал изложенного разд. 7.3. формирует углублённое
понимание у студентов "физико-математической" сути комбинирования
СО. На этой основе преподавателями могут быть разобраны многие
задачи, упражнения и темы курсовых проектов.
7.4. Основные задачи построения систем охранной
сигнализации с распознаванием образов
Разработка эффективных систем распознавания образов в
настоящее время представляет собой задачу исключительной
значимости. Подобные системы нашли широкое распространение в ряде
отраслей науки и техники.
Создание более помехоустойчивых ТСО нового поколения
также сопряжено с решением задач распознавания, ибо задача
повышения тактических характеристик вновь разрабатываемых
изделий приводит к задаче классификации сигналов, порождаемых
движением человека и животных на основе анализа "тонкой" структуры
сигнала, или по другому - к задаче распознавания образов.
Распознавание представляет собой задачу получения и
переработки входной информации, в качестве которой рассматриваются
некоторые параметры и признаки распознаваемых образов, в
выходную, представляющую собой заключение о том, к какому классу
относится распознаваемый образ.
Проектирование систем распознавания - достаточно сложный
итеративный процесс, реализация которого сопряжена с
построением уточняющейся математической или физической модели системы.
Первая итерация может быть названа априорной (исходной). На ее
основе первоначально объекты разбиваются на классы, т.е.
составляется априорный алфавит классов и разрабатывается априорный
словарь признаков. Описание классов на языке признаков позволяет
найти в некотором смысле наилучшие границы классов в априорном
признаковом пространстве, а после выбора алгоритма
распознавания решить следующую центральную задачу, составляющую
существо проблемы распознавания - определение рабочего алфавита
классов и словаря признаков, которые в условиях ресурсных
ограничений обеспечивают наибольшую эффективность решений,
принимаемых системой управления на основании результатов
распознавания.
Уточненная модель системы распознавания служит основой
для нахождения новых границ между классами, для возможной
корректировки алфавита классов и словаря признаков. Этот процесс
итеративный, однако, как правило, нескольких итераций оказывается
достаточно для окончательного решения вопроса о структуре
разрабатываемой системы распознавания.
Создание ТСО на основе реализации принципа
автоматического распознавания образов представляет собой довольно сложную
задачу, которая может быть сведена к следующей классификации:
262
- объект - "человек", т.е. нарушитель;
- объект - "не человек", т.е. помеха.
Сложность решения этой задачи связана прежде всего с
большим многообразием животного мира и, кроме того, с
возможностью применения нарушителем ухищренных способов преодоления
рубежа. Успешное решение задачи определяется
информативностью регистрируемых сигналов, вызываемых человеком и
животными, уровнем совершенства первичных преобразователей и
аппаратуры обработки информации.
Учитывая большое количество публикаций, посвященных
проблеме распознавания образов, появившихся за последние годы,
необходимо рассмотреть классификацию системы распознавания с
целью определения места ТСО в общей классификации систем
распознавания. '
Любая классификация основывается на определенных
классификационных принципах. С точки зрения общности классификации
систем распознавания целесообразно рассматривать в качестве
классификационного принципа свойства информации, используемой
в процессе распознавания. Схема классификации систем
распознавания показана на рис. 7.15.
Системы распознавания могут быть разделены на простые и
сложные в зависимости от того, физически однородная или
неоднородная информация используется для описания распознаваемых
объектов, имеют ли признаки, на языке которых произведено
описание алфавита классов, единую или различную физическую природу.
Если в качестве принципа классификации избрать количество
первоначальной априорной информации о распознаваемых
объектах, то системы распознавания могут быть разделены на системы
без обучения, обучающиеся и самообучающиеся.
В системах без обучения первоначальной априорной
информации достаточно для определения словаря признаков, описания
каждого класса на языке признаков и определения разделяющих
границ (решающих правил распознавания классов).
В самообучающихся системах первоначальной априорной
информации достаточно лишь для определения словаря признаков, но
не достаточно для проведения классификации объектов.
Самообучение происходит на стадии формирования системы, которая,
используя набор заданных правил, сама вырабатывает
классификацию при предъявлении ей исходной совокупности объектов,
заданных значениями своих признаков.
В обучающихся системах первоначальной априорной
информации достаточно для построения априорного словаря признаков, но
не достаточно для описания классов на языке признаков.
263
Системы
распознавания
без
обучения
обучением
самообучением
Детерминированные
Вероятностные
логические
1
структурные
Рис. 7.15. Классификация систем обнаружения
Процедура обучения происходит на стадии формирования
системы распознавания. Источником информации о распознаваемых
объектах является совокупность результатов независимых
наблюдений (выборочных значений), составляющих обучающие выборки.
Обучение является неотъемлемой частью процесса распознавания
и имеет своей конечной целью формирование эталонных описаний
классов. Цель процедуры обучения - определение разделяющих
границ классов, т.е. определение решающих правил, по которым
предъявляемая системе распознавания контрольная
(экзаменационная) выборка может быть отнесена к соответствующему классу.
Недостаточное количество априорной информации о
характере воздействия человека и животного, а также нестационарность и
случайность процессов, которые представляют собой сигналы,
регистрируемые различными СО, приводит решение задачи
помехоустойчивости на основе распознавания сигналов от человека и
животных к задаче обучения.
Учитывая характер информации о признаках, лежащих в
основе системы распознавания, все признаки, определяющие отличие
распознаваемых объектов, можно подразделить на
детерминированные, вероятностные, логические и структурные. В зависимости от
того, на языке каких признаков производится описание этих объектов
или, иначе, в зависимости от того, какой алгоритм распознавания
реализован, системы могут быть подразделены на
детерминированные, вероятностные, логические и структурные.
264
В детерминированных системах для построения алгоритмов
распознавания используются "геометрические" меры близости,
основанные на измерении расстояний между распознаваемыми
объектами и эталонами классов. Примером подобных систем является
распознавание монет в игровых автоматах.
В основе алгоритмов распознавания вероятностных систем
используются методы, основанные на теории статистических
решений. Наиболее подходящее решающее правило выбирается из
имеющегося в теории статистических решений широкого
ассортимента вероятностных критериев: байессовского, Неймана-Пирсона,
минимаксного, максимума апостериорной вероятности, максимума
правдоподобия и др.
Решающее значение для выбора метода распознавания имеет
вид априорной неопределенности, для которого используется
обучение. Если в результате предварительного анализа наблюдаемой
совокупности выборочных значений оказывается возможным
установить вид закона их распределения, то априорная
неопределенность относится лишь к параметрам этого распределения, так что
целью обучения в этом случае становится получение оценок этих
параметров. Подобная априорная неопределенность носит название
параметрической, а методы распознавания, применяемые в этих
условиях, именуются параметрическими.
В наиболее общем случае отсутствия априорных сведений не
только о параметрах, но и о самом виде закона распределения
наблюдаемой совокупности выборочных значений априорная
неопределенность носит название непараметрической, а сами методы
распознавания, применяемые в этих условиях, именуются непараметрическими.
Целью обучения, которое в отличие от параметрического
обучения представляет собой несравненно более сложную задачу,
в этом случае является получение оценок плотностей вероятностей.
Главные усилия при непараметрическом оценивании
направлены обычно на поиск минимальных допущений, которые позволили
бы построить оценку плотности, сходящуюся к истинной в каком-
либо вероятностном смысле.
В настоящее время при непараметрическом оценивании в
основном используются гистограммный метод, метод Парзена,
разложение по базисным функциям, метод полиномов Смирнова, метод
локального оценивания по К-ближайшим соседям.
Применение логических методов распознавания необходимо
тогда, когда существенны не только количественные соотношения
между величинами, характеризующими классифицируемые объекты,
но и связывающие их логические зависимости. При распознавании
образов эти методы используются в случаях, когда отсутствуют све-
265^
дения о количественном распознавании признаков по
пространственным, временным, весовым, энергетическим или каким-либо
другим интервалам в соответствующем признаковом пространстве,
а имеются лишь детерминированные логические связи между
рассматриваемыми объектами и их признаками. Примерами задач, для
решения которых требуется применение методов алгебры логики,
являются прогноз погоды, геологическая разведка и т.д.
В настоящее время в качестве объектов распознавания
видное место занимают двумерные и трехмерные изображения. Это
связано как с появлением новых технических средств получения
информации, обеспечивающих представление полученных данных
в виде изображений, так и с развитием и совершенствованием
теории распознавания образов. Например, данные аэрофотосъёмки,
данные дистанционного зондирования посредством съемки со
спутников и т.д.
Трудности, возникающие при решении задач распознавания
изображений, привели к разработке нового метода распознавания -
структурного, получившего также название лингвистического, или
синтаксического. Его особенность заключается в том, что
априорными описаниями классов являются структурные описания -
нормальные конструкции, при получении которых последовательно
производится описание структуры объекта и учета отношений,
существующих между отдельными элементами этой структуры. Традиционно
в качестве признаков используются при этом коэффициенты
разложения в ряды по ортогональным функциям (в частности, ряда Фурье,
полиномов Эрмита, Лежандра, Чебышева, разложения Карунена-
Лоэва и т.д.). Возможно использование в качестве признаков и
некоторых характерных элементов экспериментальных кривых (точки
максимума, минимума и др.).
Ранее было распространено применение следующих
отличительных признаков человека и животного (которые использовались
в методах автоматической системы распознавания при создании
ТСО для охраны протяженных рубежей):
- ориентация профиля объекта (вертикальная, горизонтальная);
- отличия в биодинамике движения;
- наличие предметов вооружения, а также предметов в одежде
и обуви (у людей), характеризующихся ферромагнитными свойствами.
Учитывая многообразие животных, а также возможность
использования нарушителем ухищренных способов преодоления
рубежа охраны (без оружия, ползком, на корточках и т.д.), каждый из
названных и не названных признаков носит вероятностный характер.
Таким образом, возможными путями решения задачи распознавания
образов в ТСО являются обучающиеся системы, использующие ве-
266
роятностные, логические, а также структурные методы. Для более
сложных систем возможны и другие методы, основанные на
комбинировании вероятностных, логических и структурных методов.
Проблемы распознавания человека сквозь призму создания
ТСО распознающего типа и соответствующие методики
определения вероятностей обнаружения нарушителя рассмотрены в
специальной литературе.
Выводы
1. Целями комбинирования СО являются:
- подбор необходимой гаммы СО, позволяющих блокировать
все вероятные пути и способы перемещения человека-нарушителя
и допускающих при этом совместную работу;
- снижение вероятности ложных тревог при обеспечении
заданной вероятности обнаружения.
2. СО объединяют (комбинируют) на уровне:
- логических сигналов (сигналы «Тревога» с выходов СО);
- аналоговых сигналов, снимаемых со входов пороговых
устройств СО;
- оценок параметров человека-нарушителя.
3. Учет индивидуальных особенностей СО позволяет
значительно (в разы) улучшить характеристики КСО по сравнению с
традиционными схемами обработки И, ИЛИ, К из N.
4. Применение обработки сигналов со входов пороговых
устройств СО позволяет улучшить параметры КСО в 20-800 раз.
5. Формирование на выходе отдельного СО не сигнала
тревоги, а оценки - насколько в данный момент времени вероятнее
наличие воздействий от нарушителя по сравнению с помеховым
воздействием, позволяет легко наращивать КСО, заменять в нем
отдельные СО и обеспечивает устойчивость работы при отказе части СО.
6. Создание ТСО нового поколения, в том числе более
помехоустойчивых, приводит к задаче классификации сигналов или по
другому - к задаче распознавания образов.
Контрольные вопросы к гл. 7
1. Что такое комбинирование СО, на каких принципах оно
осуществляется?
2. Расскажите, как строится комбинирование СО на уровне
логических сигналов.
3. Расскажите, как организуется комбинирование СО на уровне
аналоговых сигналов.
267^
4. Приведите пример классификации систем охранной сигнализации с
распознаванием образов.
5. Цели комбинирования СО.
6. Табличные методы комбинирования СО.
7. Комбинирование СО с использованием весовых коэффициентов.
8. Оценка выигрыша комбинированного СО на уровне аналоговых
сигналов.
9. Приведите и проанализируйте структурную схему, реализующую
алгоритм (7.4).
10. Приведите и проанализируйте структурную схему, реализующую
алгоритм (7.11).
11. Приведите и проанализируйте структурную схему, реализующую
алгоритм (7.13).
12. Приведите и проанализируйте структурную схему, реализующую
алгоритм (7.20).
13. Приведите и проанализируйте структурную схему, реализующую
алгоритм (7.23).
Глава 8
ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ НАБЛЮДЕНИЯ
ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТЕРРИТОРИИ
Напомним, что любое средство охранной сигнализации в ответ
на внешнее воздействие, характерное для нарушителя,
находящегося в охраняемой зоне, вырабатывает сигнал тревоги с определенной
вероятностью (Р обнаружения). Существует и возможность ложной
подачи тревоги - Р ложной тревоги. Это вызывает необходимость
наличия средства идентификации оператором процессов,
происходящих в охраняемых зонах и на подступах к ним. В качестве таких
средств наиболее оптимально с позиций восприятия человеком-
оператором применение телевизионной аппаратуры замкнутых
видеосистем (в зарубежной терминологии - CCTV).
Такие системы, включающие аппаратуру видеонаблюдения и
средства охранной сигнализации, относятся уже к интегрированным
системам охраны (ИСО). В наиболее полном варианте ИСО
включают в себя пожарную сигнализацию, аппаратуру контроля доступа,
инженерные средства защиты и т.д. (см. гл. 1).
Телевизионные системы видеоконтроля (ТСВ) играют
наиболее существенную роль в структуре ИСО, так как выводят систему
охраны объекта на качественно более высокий уровень. Ценность
ТСВ состоит в том, что они позволяют получить визуальную картину
состояния охраняемого объекта, обладающую такой высокой
информативностью, какую не могут дать никакие другие технические
средства охраны (с ограничениями, изложенными в книге М. Гарсия.
Проектирование и оценка систем физической безопасности / Пер. с
англ.; под ред. Р.Г. Магауенова. - М.: "Мир", 2002, касающиеся
уровня восприятия оператора). При этом сотрудник СБ(О) находится
вдали от зоны наблюдения (т.е. на безопасном расстоянии). Это
создает ему условия для достаточно спокойного анализа
получаемой информации и принятия обдуманного решения.
Рассмотрим основные компоненты ТСВ.
8.1. Телевизионные камеры и устройства
для их оснащения
Телевизионные камеры. Телевизионная камера - это
устройство, которое преобразует оптическое изображение
наблюдаемого объекта (сцены) в электрический видеосигнал определенного
стандарта (набора требований к структуре и характеру составляю-
щих видеосигнала, позволяющего стандартизировать процесс
приема/передачи видеоизображений). Телекамера является важнейшим
элементом системы, так как именно с нее в систему поступает
первичная информация об объекте и именно ее характеристиками
определяется качество изображения в целом. Камера представляет
собой электронную плату, на которой размещены чувствительный
элемент - матрица, выполненная на приборах с зарядовой связью
(ПЗС-матрица), и объектив. Более простые (и, соответственно,
более дешевые) камеры оснащаются, как правило, простейшими
встроенными объективами, более дорогие - сменными объективами
с улучшенными характеристиками и широкими функциональными
возможностями.
Камеры различают:
- корпусные и бескорпусные;
- черно-белого и цветного изображения;
- обычной и повышенной чувствительности;
- обычного и высокого разрешения;
- для внутреннего и наружного наблюдения;
- для скрытого наблюдения.
Качество телекамеры определяется целым рядом
показателей, однако в большинстве случаев при выборе камеры для
конкретной системы достаточно ориентироваться на следующие ее
характеристики [42].
Оптический формат - размер фоточувствительной области
ПЗС-матрицы в дюймах (1 дюйм соответствует 25,4 мм). Основные
форматы: 1/3", 1/2", 2/3" и 1". Чем больше оптический формат, тем
меньше (при прочих равных условиях) геометрическое искажение
изображения. В особенности это сказывается при больших углах
зрения. В ТСВ среднего и высокого классов обычно используются ПЗС-
матрицы формата 1/2", 2/3" и 1". Камеры с оптическим форматом 1/3"
имеют небольшие габариты и стоимость и используются, в основном,
для скрытого наблюдения, а также в системах с невысокими
требованиями к качеству изображения. В последнее время на рынке
появились миниатюрные камеры с ПЗС-матрицей формата 1/4".
Разрешающая способность (разрешение) - максимальное
количество телевизионных линий (ТВЛ), различаемых визуально
в выходном сигнале камеры при минимально допустимой глубине
модуляции 10%. Разрешение по горизонтали определяет
максимальное количество градаций от черного к белому или обратно,
которые могут быть получены от камеры в центральной части экрана
(области наблюдения). На краях экрана допускается некоторое
ухудшение качества изображения. Чем выше разрешение камеры,
270
тем более мелкие детали можно различить на изображении.
Обычным разрешением считается 380...420 ТВЛ для черно-белых и
300...320 ТВЛ для цветных камер. В системах высокого класса
используются, как правило, камеры с повышенным разрешением
(500...600 линий для черно-белых и 375...450 линий для цветных
камер).
Пороговая чувствительность (чувствительность)-
минимальная освещенность на ПЗС-матрице, при которой камера
сохраняет работоспособность. Обычной чувствительностью считается
0,1...0,5 лк для черно-белых и 1...3 лкдля цветных камер.
В системах, предназначенных для наблюдения слабо
освещенных объектов, имеющих малую отражающую способность,
используются камеры высокой чувствительности (порядка 0,01 лк).
ПЗС-матрицы обладают очень важным свойством они
позволяют получать четкое изображение в условиях полной темноты при
подсветке инфракрасными лучами (особенно "теплых" объектов,
например, человека). С этой целью некоторые камеры оснащаются
встроенной ИК-подсветкой.
Синхронизация - привязка видеосигнала к фазе сетевого
напряжения или внешнего источника синхроимпульсов или другого
видеосигнала. Как правило, в реальных ТСВ видеосигналы
нескольких камер с помощью специальных устройств по заданной
программе коммутируются на один монитор, поэтому необходимо, чтобы
переключение камер происходило в начале кадра. Камеры,
питающиеся от сети переменного тока (220В/50 Гц), синхронизируются от
питающей сети. Камеры, питающиеся от источника постоянного тока
(12 В), должны иметь вход внешней синхронизации, сигнал на
который подается от специального устройства - синхронизатора.
Отсутствие внешней синхронизации телекамер от единого источника
синхронизации в значительной степени повышает утомляемость
оператора ТСВ, а при использовании в системе более 8 камер приводит
к постоянным срывам изображения, потерям многих кадров, что
делает наблюдение и видеозапись практически невозможными.
Электронный "затвор" - элемент электронной части ПЗС-
матрицы, обеспечивающий возможность изменения времени
накопления электрического заряда (выдержки). Электронный "затвор"
позволяет получить приемлемое качество изображения быстродвижу-
щихся объектов и обеспечивает работоспособность камеры в
условиях высокой освещенности. Обычные электронные "затворы"
обеспечивают регулировку выдержки в диапазоне от 1/50 до
1/10000... 1/15000с. "Суперзатворы" позволяют получать выдержки
порядка 1/100000 с.
Электронная диафрагма (автоматический электронный
"затвор", электронный ирис) - элемент электронной части ПЗС-
матрицы, обеспечивающий автоматическую регулировку выдержки
в зависимости от уровня освещенности. Принцип действия
электронной диафрагмы аналогичен принципу действия электронного
"затвора". Как правило, в камерах с электронной диафрагмой
имеется возможность ее отключения.
Автоирис - способность камеры управлять объективами
с электромеханически регулируемой диафрагмой и встроенным
усилителем (при управлении объективом без встроенного усилителя
используется термин "прямое управление"). Наличие автоириса -
существенное достоинство камеры, так как регулировка глубины
резкости без изменения диафрагмы принципиально невозможна.
Это означает, что при электронном управлении "затвором" в ПЗС-
матрице (без управления диафрагмой объектива) изображение
объекта, находящегося на расстоянии, отличном от фокусного, будет
недостаточно резким. Кроме этого, отсутствие регулировки
диафрагмы приводит к резкому уменьшению диапазона управления
световым потоком. Не следует использовать автоирис совместно с
электронной диафрагмой, особенно, если камера не
синхронизирована частотой сети переменного тока, так как в этом случае
возможно появление эффекта "плавания" яркости или баланса белого на
экране видеомонитора, что в значительной степени затрудняет
работу оператора. Для подключения объектива с электрически
управляемой диафрагмой в камере должны быть предусмотрены разъемы
AI (автоирис) и/или DD/DC (прямое управление) и потенциометр
регулировки уровня сигнала прямого управления.
Автоматическая регулировка усиления (АРУ) - свойство
электронной части камеры изменять коэффициент усиления в
видеотракте в зависимости от уровня видеосигнала. АРУ сглаживает изменения
уровня сигнала и позволяет получить приемлемую "картинку" на
мониторе при недостаточной освещенности объекта. Обычно диапазон
регулировки ограничивается 12...20 дБ (4... 10 раз), так как большее
увеличение усиления приводит к значительному зашумлению
видеосигнала и, как следствие, ухудшению изображения.
Отношение сигнал/шум. Позволяет учитывать, когда
требуется высокое качество телевизионного сигнала - чем оно выше, тем
выше качество изображения. Обычным является отношение
сигнал/шум 40 дБ. У камер высокого класса это отношение достигает
58 дБ, что позволяет доводить АРУ до 45 дБ и выше.
Гамма-коррекция видеосигнала (у -коррекция) - внесение
нелинейных искажений в видеосигнал для лучшего воспроизведения.
Гамма-коррекция заключается в предыскажении видеосигнала с
272
целью увеличения контрастности изображения на мониторе. Камеры
с у-коррекцией сигнала имеют либо постоянный коэффициент
У = о,45 (иногда 0,25), либо изменяемый вручную (например,
у = 0,25/0,45/1,00).
Компенсация "света сзади" (компенсация засветки) -
способность камеры автоматически устанавливать выдержку и
параметры усиления по выбранному фрагменту изображения. В
достаточно дорогих камерах применяется система Back Light
Compensation, обеспечивающая автоматическое управление
диафрагмой, выдержкой, усилением и т.д. и ориентирующаяся на
оптимальное качество передачи центральной части кадра.
Канал звука - обеспечивает акустический контроль
контролируемого помещения с помощью встроенного в камеру
монофонического микрофона. Для организации двунаправленного аудиоканала
в камеру кроме микрофона встраивается динамическая головка.
Конструкция узла присоединения объектива. Если камера не
имеет встроенного объектива, то в ее конструкции предусмотрен
узел присоединения для установки сменных объективов. При
выборе объектива для камеры следует учитывать, что применяются два
типа стандартных конструкций узлов присоединения:
- тип С (C-mount) - резьба 2,54 х 0,8 мм и расстояние от
задней плоскости объектива (линзы) до опорной плоскости ПЗС-
матрицы 17,5 мм;
- тип CS (CS-mount) - резьба 2,54 х 0,8 мм и расстояние до
опорной плоскости матрицы 12,5 мм. Этот тип крепления находит
большее распространение в связи с тенденцией камер к
миниатюризации. Миниатюрные камеры для скрытого наблюдения имеют
специальную насадку с оптоволоконным кабелем, на конце которого
крепится объектив с диаметром светового зрачка от 0,9 до 2,0 мм
(pin-hole).
Напряжение питания. Большинство телекамер питаются либо
от сети переменного тока 220В/50Гц, либо от источников
постоянного тока напряжением 12 В. Реже используется переменное
напряжение 24 В и постоянное напряжение 9 В. Для питания нескольких
камер в системе могут использоваться индивидуальные для каждой
камеры источники, либо общий источник. Необходимо иметь в виду,
что цветные камеры очень чувствительны к перепадам напряжения
в питающей сети, поэтому следует применять специальные
стабилизированные источники.
Узел крепления телекамеры к несущим деталям -
предназначен для фиксации конструкции телекамеры в кожухе, на
кронштейне, поворотном устройстве и т.п.
273
Для камер цветного изображения важны такие характеристики
как автоматический баланс белого (способность камеры
обеспечивать правильную цветопередачу при изменении условий
освещенности наблюдаемых объектов) и стандарт кодирования светового
сигнала.
В ТСВ в основном применяются камеры черно-белого
изображения. Это объясняется тем, что они значительно дешевле
цветных и работают с более дешевым оборудованием, имеют
более высокое разрешение и чувствительность, не предъявляют
жестких требований к источнику питания. Цветные камеры
устанавливаются главным образом там, где требуется знать цвет объекта
(например, автомобиля).
В зависимости от требований, предъявляемых к ТСВ, камеры
могут оснащаться различными устройствами: объективами,
защитными или декоративными кожухами (элементами камуфлирования),
термостатами, кронштейнами, поворотными устройствами.
Объективы. Объектив - это устройство, формирующее
изображение объекта в плоскости ПЗС-матрицы. Он может быть
встроенным или сменным. Для камер с присоединительным узлом
С подходят только объективы типа С. Если камера имеет узел CS,
то к ней подходят не только объективы CS, но и С со специальным
переходным кольцом. Подбирая объективы к камере, надо иметь
в виду, что обычно они рассчитываются на ПЗС-матрицу
определенного формата [134].
Фокусное расстояние f (мм) - характеризует величину угла
зрения при определенном оптическом формате камеры. Чем
меньше фокусное расстояние, тем больший угол зрения наблюдаемого
пространства можно получить и наоборот. Однако при очень
больших углах зрения (порядка 90... 120° и более) довольно сложно,
а порой и невозможно, рассмотреть детали картины. Наиболее
приемлемым для оператора является угол зрения 60...70°, так как
получаемое при этом изображение хорошо согласуется с
характеристиками человеческого зрения. Объективы с большим фокусным
расстоянием используются, когда требуется получить четкое
изображение мелких деталей.
Трансфокатор - устройство, позволяющее изменять
фокусное расстояние в широких пределах (ZOOM- функция). Объективы,
снабженные трансфокаторами, называются вариообъективами.
Фокусное расстояние может изменяться вручную либо путем серво-
управления. Вариообъективы ввиду их большой стоимости
применяются только в тех случаях, когда необходимо быстро увеличить
изображение мелкой детали (например, для идентификации
личности).
10—3018
274
Относительное отверстие F определяет освещенность на
ПЗС-матрице. В технической документации на телекамеру иногда
указывается ее чувствительность при относительном отверстии
объектива, с которым она используется (обычно F = 1,4).
Возможность регулирования диафрагмы. Различают
объективы с ручным управлением диафрагмой и с автодиафрагмой.
Объективы с автодиафрагмой позволяют получать качественное
изображение как при ярком солнце, так и при низкой освещенности и
применяются в тех случаях, когда освещенность объекта в течение
периода наблюдения может меняться в широких пределах либо не
исключены полностью прямые засветки камеры. В системах
обычного класса удовлетворительный результат можно получить, применяя
объективы с постоянной диафрагмой и камеры с электронным
затвором, что значительно дешевле.
Кожухи для внутренних и внешних применений. По
конструктивному признаку телевизионные камеры можно подразделить на
корпусные и бескорпусные. Бескорпусные камеры имеют
значительно меньшие габариты и стоимость по сравнению с камерами в
корпусе и предназначены для систем скрытого наблюдения. Камеры
для открытого внутреннего наблюдения размещаются в защитных
корпусах (кожухах), которые имеют разную форму (сфера,
полусфера и т.д.), габариты, конструкцию крепления (потолочная, настенная,
угловая) и позволяют выбрать оформление, наиболее подходящее к
конкретному интерьеру. Камеры для использования на открытом
воздухе помещаются в защитные кожухи, оборудованные
подогревом - гермокожухи. Гермокожухи предназначены для работы в
широком диапазоне климатических условий и позволяют использовать
различные комбинации телекамер и объективов. Кожух снабжен
солнцезащитным козырьком (либо фильтром), платой для установки
камеры, термостатом и коммутационной панелью. Некоторые
гермокожухи имеют дополнительное оборудование - вентиляторы,
дворники, омыватели стекла. Следует отметить, что импортные
нагреватели не всегда отвечают российским климатическим условиям и не
рассчитаны на сильные морозы.
Поворотные устройства, устройства инфракрасной
подсветки, кронштейны. Поворотные устройства предназначены для
телекамер с дистанционным управлением. Они обеспечивают
поворот в горизонтальной (до ± 365°) и в вертикальной (до ± 183°)
плоскостях либо только в горизонтальной. Различают поворотные
устройства с постоянной и с регулируемой угловой скоростью
перемещения. Сигналы управления камерами преобразуются в заданные
механические перемещения с помощью приемников
телеметрических сигналов управления.
275^
Как правило, вместе с поворотными устройствами
поставляются пульты управления, с помощью которых можно
манипулировать также трансфокаторами объективов, если требуется получить
укрупненное изображение.
Устройства инфракрасной подсветки. Для обеспечения
работоспособности камеры в полной темноте используются устройства
местной ИК-подсветки и ИК-прожекторы, осуществляющие
облучение наблюдаемого объекта инфракрасными лучами. Однако эти
устройства дают небольшой угол подсветки, что не позволяет
качественно контролировать всю зону. Кроме этого, ИК-прожекторы
достаточно дороги.
Кронштейны служат для крепления камер к стенам, панелям
и другим несущим конструкциям и позволяют точно ориентировать
поле зрения камеры в нужном направлении. Различают кронштейны
для горизонтальной поверхности, для вертикальной поверхности,
телескопические и т.п. Исполнение кронштейнов определяется,
главным образом, эстетическими требованиями и нагрузкой: на
кронштейнах для внутреннего применения крепятся камеры в
несколько сотен граммов, на кронштейнах для уличного применения -
массой несколько килограммов.
8.2. Устройства передачи, коммутации
и обработки видеосигналов
Устройства обработки и коммутации видеосигналов.
Видеомониторы - это устройства, преобразующие видеосигналы в
двухмерное изображение. Видеомониторы являются изделиями,
специально предназначенными для использования в ТСВ (высокая
надежность при круглосуточной работе, частом переключении
кадров и т.п.), поэтому замена их обычными приемниками
телевизионного изображения недопустима. Кроме того, многие видеомониторы
снабжены встроенными устройствами для приема сигналов от
нескольких камер - видеокоммутаторами. Мониторы делятся на два
класса - мониторы черно-белого и цветного изображения. Основны-
ме характеристики мониторов - размер экрана по диагонали и
разрешающая способность по горизонтали. В ТСВ наиболее часто
применяются мониторы с размером экрана 9" и 12". При использовании
устройств совмещения изображения (квадраторов) применяются, как
правило, мониторы с большим размером экрана: 15", 17" или 20".
Выбирать монитор по разрешающей способности следует таким
образом, чтобы она была выше, чем у применяемых телекамер -
276
монитор не должен ухудшать общее разрешение системы. При
использовании в системе камер с обычным разрешением
целесообразно выбрать монитор с обычным разрешением (600...800
ТВ-линий для черно-белых и 350...400 - для цветных). В системах
высокого класса, как правило, используются мониторы с
разрешением 900... 1000 ТВ-линий (черно-белых) и 450...500 ТВ-линий
(цветных). При наличии в системе нескольких мониторов они, как
правило, размещаются в специальных стойках [119].
Видеокоммутаторы последовательного действия.
Видеокоммутаторы - это устройства, обеспечивающие последовательное
переключение видеосигналов от нескольких телекамер на один или
несколько выходов (мониторов). Видеокоммутаторы
последовательного действия имеют автоматический ("листающий") и ручной
режимы переключения камер, позволяющие просматривать сигналы от
всех камер либо выборочно от некоторых из них. Число входных
видеосигналов может быть от 4 до 16, а при использовании
нескольких блоков коммутации - до 64. Однако на практике обычно
используются коммутаторы на 4 или 8 входов, так как в системах с
большим числом камер целесообразно использовать более сложную
аппаратуру, имеющую расширенные функции, возможность
программирования и т.п. При выборе коммутатора следует обратить
внимание на то, чтобы он имел регулировку времени просмотра
видеокадров от камер (желательно для каждой камеры раздельную).
Желательно наличие входов для подключения средств охранной
сигнализации (в количестве не менее числа видеовходов) и один
или несколько контактных выходов "Тревога". При срабатывании
охранной сигнализации система из режима "листания" переходит в
режим просмотра той камеры, в поле зрения которой произошло
нарушение, что позволяет оператору получить исчерпывающую
информацию о нарушении и принять соответствующие меры.
Некоторые видеокоммутаторы имеют так называемый "залповый" режим
работы, в котором изображения на мониторах формируются как
связанные, синхронно переключающиеся между собой группы. Эта
функция позволяет оператору увидеть охраняемый участок целиком
перед тем, как перейти к следующему. Видеокоммутаторы
последовательного действия являются сравнительно простыми
устройствами и применяются, как правило, в небольших и недорогих системах.
Видеоквадраторы - это цифровые устройства,
обеспечивающие размещение изображений от 4 видеоисточников на одном
экране, который в этом случае делится на 4 части (квадранты), и
позволяющие уменьшить количество мониторов в системе. Квадраторы
высокого разрешения позволяют работать на одном мониторе с 8
камерами: они формируют две группы по 4 камеры и дают возмож-
277
ность по очереди выводить их на экран. Различают
видеоквадраторы "реального времени", обеспечивающие одновременную смену
изображений во всех 4 квадрантах, и видеоквадраторы
последовательного типа, обеспечивающие скорость смены изображений в
каждом квадранте в 4 раза ниже номинальной частоты полей.
Большинство квадраторов могут работать как коммутатор
последовательного действия, т.е. подключать любую из работающих камер
к монитору. Квадраторы для ТСВ должны иметь дополнительные (по
количеству камер) "тревожные" входы для подключения средств
сигнализации и обеспечивать вывод камеры на полный экран при
срабатывании в ее зоне наблюдения средств сигнализации, режим
"заморозки" кадра, т.е. возможность зафиксировать изображение
в одном из сегментов, передачу сигнала тревоги прочим
потребителям и, при необходимости, запись на видеомагнитофон.
Видеоквадраторы, как и видеокоммутаторы последовательного действия, -
сравнительно простые устройства и применяются, как правило,
в небольших и недорогих системах.
Видеодетектор движения - представляет собой электронный
блок, который хранит в памяти текущее изображение с телекамеры и
подает сигнал тревоги при возникновении изменений в охраняемой
зоне. Видеодетекторы применяются, главным образом, в системах
охраны крупных объектов, где оператору приходится
контролировать большое количество камер. Различают аналоговые и цифровые
детекторы движения. Наиболее простыми и дешевыми являются
аналоговые детекторы, действие которых можно, при некоторых
допущениях, сравнить с действием охранных извещателей,
подключаемых к тревожным входам коммутаторов, квадраторов и т.п.
Цифровые видеодетекторы движения - это многоканальные устройства,
которые позволяют разбивать каждую охраняемую зону на
отдельные блоки, для каждого из которых устанавливается свой порог
срабатывания - чем выше этот порог, тем большие изменения должны
произойти на "картинке". Кроме этого, характеристики движения
(начало движения, направление, скорость и т.п.), можно задавать
программным путем. Это позволяет, например, не воспринимать
человека, движущегося в направлении от охраняемого объекта либо
параллельно ему на некотором безопасном расстоянии, как
нарушителя. Настройка системы с цифровыми детекторами на оптимальный
режим должна производиться с учетом особенностей места
установки телекамеры и характеристик охраняемого объекта (вероятных
путей перемещения нарушителя, наличия уязвимых мест и т.п.),
иначе трудно избежать большого количества ложных срабатываний
или, наоборот, пропуска нарушителя. Цифровые видеодетекторы
движения применяются в сложных ТСВ высокого класса.
278
Видеомультиплексоры - представляют собой высоко-
технологические системы видеозаписи и управления, обладающие
широкими функциональными возможностями. Они предназначены
для записи видеосигналов от нескольких (до 16) камер на одну
видеокассету (кодирование), воспроизведения кодированных кассет
и обработки сигналов тревоги. Мультиплексоры позволяют
осуществлять переключение между различными методами записи, что дает
возможность либо записывать то, что появляется на экране, либо
просматривать на экране изображения от одних камер, записывая
в это же время изображения от других камер. Благодаря наличию
нескольких режимов вывода изображений на экран записанные
изображения могут просматриваться на одном мониторе в
полноэкранном режиме, режимах квадрированного экрана и "картинка в
картинке" либо в мультиэкранном режиме (8+2, 9, 4+3, 12+1 или 16
сегментов на одном экране). Для более подробного анализа
полноэкранных изображений многие мультиплексоры имеют функцию
двукратного цифрового увеличения изображения. Некоторые
мультиплексоры имеют встроенные видеодетекторы движения, генераторы
титров, даты и времени, а также могут работать в дуплексном режиме,
т.е. позволяют просматривать ранее сделанные записи
одновременно с текущей записью изображений с работающих телекамер.
Широкий набор встроенных функций, развитая логика обработки сигналов
тревоги, а также возможность программирования
видеомультиплексоров с помощью функциональных клавиш или с персонального
компьютера позволяют создавать на их базе средние и большие
(с обслуживанием от 128 до 256 камер) телевизионные системы
видеоконтроля, для чего ведущими фирмами разработан целый
спектр дополнительной аппаратуры: адаптеры удаленной
клавиатуры, многопортовые контроллеры, системы телеметрического
управления камерами и т.п.
Матричные видеокоммутаторы имеют встроенный
процессор и обеспечивают независимую коммутацию видеосигналов с
большого количества входов на любой из мониторов. При наличии
детектора движения коммутатор самостоятельно отслеживает
ситуацию и в случае тревоги выводит изображение именно того
помещения, где сработала сигнализация, а также выдает звуковой сигнал
для привлечения внимания оператора. Матричные коммутаторы
позволяют формировать несколько последовательностей
изображений от камер в любом порядке с управлением их поворотными
устройствами и вариообъективами, а также выводить номера камер и
названия помещений, в которых они установлены, сообщения о
сигналах тревоги, текущее время, дату, инструкции оператору и т.п.
Матричные коммутаторы являются основными элементами многих
279
ТСВ, так как позволяют создавать гибкие и наращиваемые системы
безопасности, в которые могут входить не только телевизионные
компоненты, но и системы сигнализации и контроля доступа.
Персональные компьютеры. Применение компьютерной
техники в ТСВ выводит последние на совершенно новый качественный
и технический уровень. Компьютерные устройства управления, так
называемые видеоменеджеры, позволяют удовлетворить
практически любые требования заказчика. Перечислить все возможные
функции видеоменеджеров практически невозможно, ибо они могут
постоянно пополняться и расширяться, поэтому в качестве примера
приведем лишь некоторые из них.
Система обеспечивает несколько режимов работы. В режиме
"подготовка" оператор заносит в память машины необходимую
служебную информацию: номера телефонов, по которым производится
автоматическое дозванивание в случае тревоги и передача
информации на удаленный пост через модем, шифры кодовых замков,
данные об операторе, заступившем на дежурство, временные окна
нахождения объекта под охраной либо свободного доступа на него,
номера охраняемых автомобилей и т.п. В режиме "тестирование"
проверяется работоспособность средств охранной сигнализации.
В режиме "охрана" при срабатывании охранного извещателя на
экран монитора выводится план контролируемой зоны и сработавший
извещатель, изображение от установленной телекамеры с
необходимым увеличением. Система может выполнять функции цифрового
видеодетектора движения с программированием данных о
нарушителе (направление движения, скорость, размеры и т.п.), управлять
режимами записи, воспроизведения и вывода изображения на экран,
программировать алгоритмы наблюдения, охраны и
видеорегистрации в ежедневном и еженедельном циклах, производить обработку
видеоинформации цифровыми методами, автоматически
фиксировать повреждения камер, коммуникаций и другого периферийного
оборудования, реализовывать смешанный режим охраны -
наблюдения, вести диалог с оператором речевым способом и т.п.
Функциональные возможности и эффективность компьютерных ТСВ
наилучшим образом проявляются при организации с их помощью
интегрированных систем охраны.
Устройства регистрации. Специализированные
видеомагнитофоны. Предназначены для регистрации и документирования в
течение длительного времени событий, происходящих в охраняемых
зонах. Видеомагнитофоны могут работать в двух режимах:
непрерывном (время записи на стандартную видеокассету 180 мин) и
прерывистом (время записи 24, 480 или 960 ч). В прерывистом режиме
записываются не все кадры, а только определенные (согласно табл. 8.1).
280
Таблица 8. 1. Режимы работы видеомагнитофонов
Режим работы
Непрерывный
Прерывистый
Запись на одну кассету
Записываются кадры
Все
Каждый 8-й
Каждый 160-й
Каждый 320-й
Продолжительность
записи,ч
3
24
480
960
Количество
кадров за 1 с
25
3
1/7
1/14
При документировании видеозаписи должен использоваться
генератор даты-времени, с помощью которого дтмечается текущее
время суток и дата. Важными характеристиками видеомагнитофона
являются его разрешающая способность и надежность. Высокое
разрешение позволяет зафиксировать даже мелкие детали, а
надежность важна потому, что такие видеомагнитофоны
предназначены для непрерывной работы в течение нескольких лет.
Видеопринтеры. Предназначены для оперативной
распечатки выбранного кадра от источника видеосигнала. Основными
характеристиками видеопринтеров являются разрешающая способность,
размер снимка и возможность многокадровой печати.
Устройства передачи телевизионного сигнала. Каналы
передачи телевизионного сигнала. Для передачи телевизионного
сигнала в ТСВ могут использоваться как проводные каналы связи
(коаксиальные кабели, телефонные линии, волоконно-оптические
линии), так и беспроводные каналы - радиоканал или ИК-канал [91].
Наиболее стабильная и качественная работа системы возможна
только при использовании коаксиальных кабелей. Основные
характеристики кабеля - волновое сопротивление, диаметр и погонное
затухание. Как правило, входные и выходные сопротивления
основных компонентов ТСВ имеют значение 75 Ом, т.е. рассчитаны на
применение кабелей с волновым сопротивлением 75 Ом, поэтому
применять для передачи видеосигнала кабели с волновым
сопротивлением 50 Ом не следует. Максимальное расстояние от
видеокамеры до приемника видеосигнала зависит от типа используемого
кабеля: для РК-75-4 оно не превышает 200 м, для РК-75-7 - 500 м.
Выбору коаксиального кабеля для внешнего использования следует
уделять особое внимание (на улице, в неотапливаемых
помещениях, в помещениях с агрессивной средой и т.п.). Эти кабели должны
работать в широком диапазоне температур (± 50°С), быть
устойчивыми к воздействиям солнечного света, радиации, агрессивных сред
281
(в том числе и земли), иметь броневую оплетку для защиты от
механических повреждений. Необходимо учесть, что разводка таких
кабелей должна производиться в специально выпускаемых для
наружного применения кабелепроводах, в которых коаксиальный кабель
может быть проложен совместно с проводами питания. При
необходимости передачи сигнала на большие расстояния применяются
видеоусилители и модемы (передатчики-модуляторы и приемники-
демодуляторы). При этом видеосигнал с помощью специальной
аппаратуры преобразуется, запоминается и передается с
использованием модема. Время передачи может составлять от долей секунды
до минуты, в зависимости от требований к качеству "картинки".
В настоящее время наиболее широко используются три системы
передачи изображений по цифровым и обычным телефонным линиям:
- системы с компрессией изображений по принципу
"условного" обновления (CR), предназначенные для передачи информации
только об изменении изображения от кадра к кадру;
- системы с MPEG-компрессией, в которых используют
специальные алгоритмы компрессии изображений движущихся объектов;
- системы с JPEG-компрессией, которые обеспечивают
независимое сжатие кадра изображения.
В специальных ТСВ, когда требуется повышенная
помехозащищенность информации и высокая разрешающая способность,
применяются волоконно-оптические линии связи. Дальность
действия таких систем (как и при передаче по телефонным линиям)
практически неограничена. Относительная дороговизна их обусловлена
тем, что видеокамеры не имеют выхода для подключения
оптоволоконного кабеля, поэтому требуется вводить в систему
преобразователи электрического сигнала в оптический и обратно. Кроме этого,
прокладка, сращивание и подключение достаточно сложны. Однако
развитию волоконно-оптических систем в последнее время
уделяется повышенное внимание. При создании мобильных и переносных
систем, а также в случаях, если прокладка кабельных линий
невозможна или нецелесообразна, используется радио- или
инфракрасный каналы связи. Дальность передачи при этом составляет от
нескольких сотен метров до нескольких километров. В простейшем
случае камера подключается к радиопередатчику дециметрового
диапазона, а сигнал принимается на обычный телевизор. Вместе с
тем такие системы имеют существенные недостатки, например:
могут создавать помехи бытовому телевещанию, сигнал в зоне
действия передатчика может принимать преступник. Этих недостатков
лишены радиосистемы, работающие в сантиметровом диапазоне,
а также работающие в инфракрасном диапазоне. Последние не
требуют разрешения на применение системы от Государственного ко-
282
митета по радиочастотам, однако они работают только в зоне
прямой видимости, а их дальность действия в значительной мере
зависит от оптической плотности среды (снег, дождь, туман, пыль и т.п.).
Видеоусилители и видеораспределители. Видеоусилители
применяются для компенсации затухания видеосигнала в линиях при
передаче его на большие расстояния. При выборе видеоусилителя
необходимо знать его входное и выходное сопротивления, а также
коэффициент усиления, так как их значениями определяется тип
линии передачи и максимальное расстояние, на которое можно
передать видеосигнал. Видеораспределители используются при
необходимости трансляции видеосигнала нескольким потребителям.
Основные характеристики видеораспределителей - входное и
выходное сопротивления, а также количество выходов (количество
возможных потребителей).
Электропитание телевизионных средств видеоконтроля.
Основные напряжения питания компонентов систем телевизионного
видеоконтроля - 220 В переменного тока частотой 50 Гц и 12 В
постоянного тока. От сети переменного тока напряжением 220 В
питаются практически все мониторы, коммутаторы, квадраторы,
мультиплексоры, видеомагнитофоны, видеопринтеры, поворотные
устройства, гермокожухи, а также некоторые камеры. Напряжением 12 В
постоянного тока питаются практически все камеры, а также
некоторые устройства обработки видеосигнала (квадраторы, коммутаторы
и т.п.) и поворотные устройства. В редких случаях питание
компонентов ТСВ осуществляется напряжением 24 В постоянного и
переменного тока, а также 9 В постоянного тока. Для питания
отдельных компонентов ТСВ на рынке телевизионной техники
предлагается широкий выбор сетевых адаптеров 220/12 В и 220/9 В.
Электропитание всей ТСВ должно быть организовано таким образом, чтобы
обеспечивать работоспособность системы в автономном режиме,
т.е. при пропадании напряжения сети переменного тока. С этой
целью питание компонентов осуществляется от источников
бесперебойного питания UPS или специализированные, снабженные
аккумуляторами блоки питания. Для питания мониторов,
видеомагнитофонов и т.п. также часто используют инверторы - приборы,
преобразующие постоянный ток напряжением 12 В в переменный ток
напряжением 220 В и частотой 50 Гц. При построении ТСВ ее
компоненты следует выбирать таким образом, чтобы номенклатура
питающих напряжений и потребляемая мощность (ток) были
минимальными. Организация питания телекамер является одной из
проблем в системах с беспроводными каналами связи. С одной стороны
можно подавать питание камер по проводам, но тогда проблема
прокладки проводов остается, с другой - можно питать камеры от
283
аккумуляторов, однако из-за большого потребления даже у
современных камер (200...400 мА) приходится часто заменять элементы
питания.
Следует обратить внимание на два аспекта электрической
безопасности. Первый относится к элементам ТСВ, питаемым от сети
220 В: эти устройства должны быть надежно защищены в
соответствии с действующими нормативами от последствий попадания
питающего напряжения на элементы конструкции для исключения
поражения током сотрудников и обслуживающего персонала. Это особенно
важно для оборудования, эксплуатируемого вне помещений.
Второй аспект также касается этой категории оборудования.
Он заключается в надежной защите аппаратуры от попадания
грозовых разрядов. Это может не только вывести аппаратуру из строя, но
и представлять угрозу жизни операторов центра наблюдения.
Во избежание этого не следует устанавливать телекамеры
и иное оборудование выше близрасположенных металлических
конструкций. Если же исключить такие варианты невозможно, то
необходимо обеспечить надежную молниезащиту, подключаемую
типовым способом к надежной системе заземления.
8.3. Классификация телевизионных систем
видеоконтроля
Критерии оценки. По показателям значимости телевизионные
системы видеоконтроля целесообразно подразделять на классы
в соответствии с категориями значимости охраняемых объектов (см.
разд. 1.3) в сочетании с подходом, изложенным в [145]:
/. Класс системы - высший. Категория значимости объекта -
А (согласно разд. 1.3 соответствует 1-й и 2-й категориям).
Характеристика значимости объекта - объекты, зоны объектов
(здания, помещения, территории), несанкционированное
проникновение на которые может принести особо крупный или
невосполнимый материальный и финансовый ущерб (в том числе и путем
хищения сведений, составляющих государственную тайну), создать
угрозу здоровью и жизни большого количества людей, находящихся
на объекте и вне его, привести к другим тяжелым потерям.
//. Класс системы - средний. Категория значимости объекта -
Б (согласно разд. 1.3 соответствует 3-й категории).
Характеристика значимости объекта - объекты, зоны
объектов, несанкционированное проникновение на которые может
принести значительный материальный и финансовый ущерб (в том числе
284
и путем хищения сведений, составляющих служебную тайну),
создать угрозу здоровью и жизни людей, находящихся на объекте.
///. Класс системы - общего применения. Категория
значимости объекта - В (согласно разд. 1.3 соответствует 4-й категории).
Характеристика значимости объекта - прочие объекты
народнохозяйственного назначения.
По условиям эксплуатации различают системы (части систем)
для работы:
- в закрытых отапливаемых помещениях;
- в закрытых неотапливаемых помещениях;
- под навесом на улице в условиях умеренно-холодного климата;
- на улице в условиях умеренно-холодного климата;
- в особых условиях (повышенная влажность, запыленность,
вибрации и т.п.).
В зависимости от назначения, характера решаемых задач
и выполняемых функций различают следующие режимы работы
системы (части системы):
- режим 1 - видеонаблюдение;
- режим 2 - видеонаблюдение с видеозаписью;
- режим 3 - одновременное видеонаблюдение и видео-охрана;
- режим 4 - видеонаблюдение и видеоохрана с видео-записью
и приоритетным выбором (выделением) для видеонаблюдения и
видеозаписи камеры (камер), из зон наблюдения которых приходит
сигнал тревоги от средств охранной сигнализации;
- режим 5 - видеозащита, т.е. видеонаблюдение и
видеоохрана с видеозаписью и приоритетным выбором (выделением) для
видеонаблюдения и видеозаписи камер, из зон наблюдения которых
приходит сигнал тревоги от средств охранно-пожарной
сигнализации, устройств контроля доступа или других систем, входящих
вместе с системой видеоконтроля в комплекс инженерно-технических
средств охраны.
С помощью системы (части системы) видеоконтроля на
объекте могут создаваться:
- зоны видеонаблюдения - зоны объекта, в которых
осуществляется наблюдение телевизионными камерами;
- зоны видеоохраны - зоны объекта, в которых
осуществляется наблюдение телевизионными камерами; при изменении ситуации
выдается сигнал тревоги, генерируемый средствами видеоохраны;
- зоны защиты - зоны объекта, которые оборудованы
интегрированными системами охраны (ИСО) (включая средства
сигнализации, устройства контроля доступа и т.п.) и в которых
видеонаблюдение может производиться по сигналам тревоги от средств
сигнализации, устройств контроля доступа и т.п.
285
Модули ТСВ. Телевизионные системы видеоконтроля должны
формироваться по модульному принципу.
Модулем ТСВ называется совокупность технических средств,
приборов и устройств, объединенных линиями связи, решающая
конкретную функциональную задачу.
В зависимости от параметров функционирования
используемых технических средств, приборов, устройств и линий связи
различают:
- модули общего применения; они содержат простейшие
технические средства (телекамеры и средства их оснащения,
коммутаторы, мониторы и т.п.). Эти модули рекомендуется использовать
в системах общего применения, не входящих в состав ИСО, на
объектах категорий значимости Б и В;
- модули среднего класса содержат технические средства с
обычными и улучшенными характеристиками, имеющие входы и
выходы тревоги (телекамеры и средства их оснащения,
коммутаторы, квадраторы, мониторы, видеомультиплексоры с ограниченными
возможностями, простейшие видеодетекторы движения,
видеомагнитофоны и т.п.). Они рекомендуются к применению в системах
среднего класса на объектах категории значимости Б;
- модули высшего класса содержат технические средства с
наилучшими характеристиками, имеющие входы и выходы тревоги
(телекамеры и средства их оснащения, профессиональные
видеодетекторы движения, мониторы и охранные видеомагнитофоны
повышенного разрешения (S-VHS класса), многофункциональные
мультиплексоры, матричные коммутаторы и т.п.). Такие модули
рекомендуется применять в составе систем высшего и среднего класса (в том
числе входящих в ИСО) на объектах категорий значимости А и Б. По
выполняемым функциям модули ТСВ подразделяются на модули
видеонаблюдения, видеозаписи, видеоохраны и видеопередачи.
Возможный состав модулей в зависимости от их класса и
исполняемых функций приведен ниже.
Модули видеонаблюдения. Модуль видеонаблюдения
общего применения:
- камеры черно-белые или цветные обычного или
повышенного разрешения;
- простейшие объективы;
- поворотные устройства и блоки прямого сервоуправления;
- кожухи, кронштейны и т.п.;
- видеомониторы обычные и комбинированные;
- видеокоммутаторы и видеоквадраторы.
Модуль видеонаблюдения среднего класса:
286
- то же, что и в модулях общего применения, но с входами
тревог для синхронизации с системами сигнализации и с
управлением доступом;
- детекторы движения разных классов;
- простейшие матричные коммутаторы.
Модуль видеонаблюдения высшего класса:
- синхронизированные по частоте и фазе полей и кадров
камеры с высоким разрешением, чувствительностью, цветопередачей
и т.п.;
- объективы с ручным, автоматическим и дистанционным
управлением;
- блоки телеметрического управления камерами и объективами;
- видеомониторы высокого разрешения;
- видеомультиплексоры повышенного разрешения с развитой
логикой обработки тревог, контролем состояния линий связи и
работоспособности камер, имеющие возможности компьютерного
управления и т.п.;
- матричные коммутаторы с возможностью
многопользовательского управления, с авторизованными ключами и
приоритетами в управлении, возможностью наращивания, развитой логикой
обработки тревог, каналом телеметрии для управления камерами
и т.п.
Модули видеозаписи. Модули видеозаписи общего
применения:
- камеры черно-белые или цветные обычного или
повышенного разрешения (в том числе синхронизированные по фазе и частоте
полей и кадров);
- простейшие объективы;
- поворотные устройства и блоки прямого сервоуправления;
- кожухи, кронштейны и т.п.;
- видеокоммутаторы и видеоквадраторы;
- бытовые видеомагнитофоны класса VHS;
- простейшие охранные видеомагнитофоны.
Модуль видеозаписи среднего класса:
- то же, что и в модулях общего применения;
- охранные видеомагнитофоны класса VHS или повышенного
разрешения.
Модуль видеозаписи высшего класса:
- синхронизированные по частоте и фазе полей и кадров
камеры с высоким разрешением, чувствительностью, цветопередачей
и т.п.;
- объективы с ручным, автоматическим и дистанционным
управлением;
287
- блоки телеметрического управления камерами и объективами;
- высококачественные видеомультиплексоры с высоким
разрешением;
- охранные видеомагнитофоны класса S-VHS или
повышенного разрешения;
- устройства цифровой записи (в том числе цифровые аудио-
магнитофоны);
- видеопринтеры.
Модули видеоохраны. Модуль видеоохраны общего
применения:
- камеры черно-белые или цветные обычного или
повышенного разрешения (в том числе синхронизированные по фазе и частоте
полей и кадров);
- простейшие объективы;
- поворотные устройства и блоки прямого сервоуправления;
- кожухи, кронштейны и т.п.;
- видеокоммутаторы и видеоквадраторы;
- детекторы движения аналогового типа.
Модуль видеоохраны среднего класса:
- то же, что и в модулях общего применения;
- одноканальные аналоговые и цифровые видеодетекторы
движения;
- многоканальные цифровые видеодетекторы движения;
- видеокоммутаторы, видеоквадраторы,
видеомультиплексоры.
Модуль видеоохраны высшего класса:
- синхронизированные по частоте и фазе полей и кадров
камеры с высоким разрешением, чувствительностью, цветопередачей
и т.п.;
- объективы с ручным, автоматическим и дистанционным
управлением;
- высококачественные видеомультиплексоры с высоким
разрешением;
- блоки телеметрического управления камерами и объективами;
- матричные видеокоммутаторы;
- профессиональные цифровые многоканальные
видеодетекторы движения;
- блоки цифровой видеопамяти.
Модули видеопередачи. Модуль видеопередачи по
кабельным и проводным сетям:
- видеоусилители;
- видеоусилители - распределители;
- развязывающие трансформаторы;
288
- согласующие усилители для работы с линиями типа "витая
пара", телефонными линиями, кабелями с нестандартным
сопротивлением;
- видеомультиплексоры.
Модуль видеопередачи по беспроводным каналам связи:
- модуляторы и демодуляторы;
- радиопередатчики и радиоприемники;
- передатчики и приемники сигналов ИК-диапазона;
- антенные устройства;
- видеомультиплексоры.
Модуль видеопередачи по цифровым каналам и
коммутируемым линиям общего пользования (общего применения):
- одноканальные передающие и приемные устройства,
обеспечивающие компрессию данных по методу условного обновления
(CR) с малым и средним разрешением (видеотелефония).
Модуль видеопередачи по цифровым каналам и
коммутируемым линиям общего пользования (среднего класса):
- многокамерные передающие устройства и приемные
устройства, обеспечивающие запоминание тревожных изображений,
имеющие возможность дистанционного управления камерами.
Модуль видеопередачи по цифровым каналам и
коммутируемым линиям общего пользования (высшего класса):
- многокамерные передающие и приемопередающие
устройства с JPEG или MPEG компрессией, развитой логикой обработки
тревог, способностью к эффективному интерактивному управлению,
имеющие средства для подключения к компьютеру.
В заключение раздела следует отметить, что рассмотренная
классификация телевизионных систем видеоконтроля служит
методической основой выбора средств видеоконтроля для оборудования
объектов тех или иных категорий важности. Модули видеоохраны
комплектуются в зависимости от тактических задач СБ(О),
решаемых на конкретном объекте.
8.4. Выбор средств видеоконтроля для оборудования
объектов, особенности их эксплуатации
Обследование объекта. Выбор варианта оборудования
некоторого объекта средствами видеоконтроля (СВ) следует начинать с
его обследования. В связи с тем, что СВ не являются средствами
охраны, а применяются лишь для ее усиления, при обследовании
объекта определяются также те его характеристики, которые важны
для выбора систем сигнализации, систем управления доступом и т.п.
289
При обследовании определяются характеристики значимости
объекта, его строительные и архитектурно-планировочные решения,
условия экслуатации СВ, параметры установленных (или
предполагаемых к установке на данном объекте) систем сигнализации и
систем управления доступом (при организации ИСО). По результатам
обследования определяются тактические характеристики и
структура телевизионной системы видеоконтроля (в дальнейшем для
краткости - системы), а также технические характеристики ее
компонентов [145].
Характеристики значимости. Для определения категории
значимости объекта или его частей (зон) принимаются во внимание:
- производственное или служебное назначение объекта в
целом и его отдельных зон (помещений, открытых площадок и т.п.);
- характер размещения и сосредоточения предметов
преступных посягательств (денежных средств и ценностей, оружия и
боеприпасов, наркотических веществ, служебных документов и т.п.);
- степень тяжести возможных финансовых, политических либо
социальных последствий несанкционированного проникновения или
разбойного нападения на объект.
Архитектурно-планировочные и строительные решения.
Путем изучения строительных чертежей, обхода и осмотра объекта,
а также проведения необходимых измерений определяются:
- конфигурация границ (периметра) объекта;
- количество отдельно стоящих зданий, их этажность;
- количество открытых площадок;
- количество отапливаемых и неотапливаемых помещений;
- геометрические размеры (площадь, линейные размеры,
высота потолков и т.п.) помещений, открытых площадок, территорий,
сторон периметра.
Условия эксплуатации. Учитывать воздействие внешних
факторов следует лишь для передающей части ТСВ, предназначенной
для работы вне отапливаемых закрытых помещений либо в особых
условиях (запыленность, повышенная влажность, электромагнитные
помехи и т.п.). Кроме этого, необходимо знать месторасположение
зон объекта на местности (ориентация в осях "север-юг" - "запад-
восток"), чтобы избежать прямых засветок камер солнечным светом.
Параметры систем сигнализации и управления доступом.
При интегрировании СВ с системами сигнализации и
управления доступом следует учитывать:
- возможность их совместной синхронизации;
- возможность интеграции на релейном и программно-
аппаратном уровнях;
290
- возможность организации интерфейсов RS-232 и RS-485
(при значительной удаленности панелей систем сигнализации и
управления доступом);
- состояние выходов тревоги средств сигнализации и
управления доступом в различных режимах. Отечественные и
большинство зарубежных средств охранной сигнализации имеют в
дежурном режиме замкнутые контакты, которые размыкаются при
тревоге.
Общие требования к выбору класса ТСВ. Выбор класса
системы. Трудно найти объект, все или почти все зоны которого
имели бы одинаковую категорию значимости. Даже на объектах
категории А (см. разд. 8.3) всегда можно выделить зоны категорий
Б и В. Как правило, зоны низших категорий удалены от
"ответственных" зон и проникновение на них не связано с ущербом,
который может быть нанесен при проникновении в зоны более
высокой категории значимости. Заказывающее подразделение
определяет категорию значимости объекта и в соответствии с ней
может выбрать класс системы в целом. Однако более
рациональным и экономичным является выбор для каждой зоны (группы зон)
объекта модулей такого класса, который соответствует их
категории значимости.
Режим работы системы. На основании полученных
характеристик значимости объекта (зон, групп зон) выбираются показатели
их защиты. Одни из этих зон определяют как зоны
видеонаблюдения, другие - как зоны видеоохраны, третьи - как зоны
видеозащиты. В соответствии с этим устанавливается режим работы системы
(см. разд. 8.3). В табл. 8.2 приведены режимы работы системы и
типы защиты объекта (зоны) в зависимости от категории
значимости объекта (зоны). Таблица носит рекомендательный характер.
Таблица 8.2. Режимы работы системы и типы защиты объекта
в зависимости от категории его значимости
Категория значимости
объекта (зоны)
А
Б
В
Тип защиты
объекта (зоны)
Видеозащита
Видеозащита,
видеоохрана
Видеоохрана,
видеозащита
Режим работы
системы
4; 5
4; 5
1-4
291
От режима работы системы зависят состав и стоимость
оборудования, нагрузка на оператора, сложность программного
обеспечения. Наиболее сложным и дорогостоящим является аппаратно-
программное обеспечение режимов 4 и 5.
Первичная оценка состава системы. Перед тем как
приступить к закупке аппаратуры и оборудованию объекта, желательно
хотя бы ориентировочно оценить сложность будущей системы. Для
этого вначале определяют необходимое количество камер, а затем
систему условно относят к соответствующей группе:
1-я группа - системы, содержащие до 8 камер;
2-я группа - системы, содержащие от 9 до 16 камер;
3-я группа - системы, содержащие более 16 камер.
В большинстве систем 1-й группы в качестве аппаратуры
обработки и коммутации видеосигнала используются достаточно
простые и дешевые устройства: квадраторы и видеокоммутаторы
последовательного действия (желательно - имеющие входы и выходы
тревоги, а также встроенный генератор даты/времени). Для
отображения информации о состоянии зон обычно достаточно одного или
двух мониторов. Если необходима запись, используется
видеомагнитофон бытового класса или простейший охранный
видеомагнитофон. Системами 1-й группы оборудуются, в основном, объекты
категории В (иногда объекты категории Б). Эти системы не требуют
высокой квалификации операторов и сравнительно дешевы. Стоимость
черно-белых систем для внутреннего наблюдения определяется
количеством камер и, как правило, не превышает $ 4000. Стоимость
систем для наружного наблюдения значительно выше за счет
использования дорогостоящего оборудования (устройств наведения с
пультами управления, объективов с трансформаторами и
автодиафрагмой, гермокожухов, специальных кронштейнов, кабелей и т.п.)
и может превышать стоимость аналогичных по количеству камер
систем для внутреннего наблюдения в несколько раз.
Телевизионные камеры цветного изображения в таких системах практически не
применяются, так как их стоимость более чем в два раза превышает
стоимость черно-белых камер такого же класса.
Для систем 2-й и 3-й групп оправдано, несмотря на высокую
стоимость, применение аппаратуры специализированных фирм:
черно-белых и цветных камер повышенного разрешения, простых и
сложных мультиплексоров, матричных коммутаторов,
профессиональных видеодетекторов движения, специальных охранных
видеомагнитофонов (в том числе класса S-VHS), персональных
компьютеров, обеспечивающих возможность организации нескольких постов
управления, включая удаленные на значительное расстояние,
программирование режимов работы (в том числе для различного вре-
292
мени суток, выходных и т.п.), гибкую логику обработки сигналов
тревоги. Кроме этого, для систем 3-й группы характерно применение
аппаратуры, позволяющей объединять несколько однотипных
устройств обработки и коммутации видеосигнала (последовательных и
матричных коммутаторов, мультиплексоров и т.д.) в блоки с
большим числом входов/выходов и единым управлением,
обеспечивающие возможность обработки нескольких сотен видеокамер, приборов
сигнализации и управления доступом. Если информацию требуется
выводить в пункт централизованной охраны (ПЦО), в
территориальный орган внутренних дел или другой удаленный пост по
телефонной линии, используют устройства цифровой обработки и сжатия
изображения, модемы и т.п., позволяющие передавать по одной
линии не только видеосигнал, но и тревожную, графическую,
программную информацию, а также сигналы управления. Эти системы
достаточно сложны, имеют высокую стоимость и предназначены,
в основном, для организации ИСО объектов категорий А и Б.
Поэтому их проектирование, монтаж, программирование и наладку
рекомендуется (в особенности для систем 3-й группы) производить при
непосредственном участии профессиональных фирм,
специализирующихся в создании этой техники. Стоимость систем, относящихся
ко 2-й и 3-й группам, может превышать стоимость систем 1-й группы
во много раз и составлять десятки тысяч долларов.
Следует отметить, что такой подход весьма упрощен, ибо
наверняка найдутся объекты, где при малом количестве камер
требуется система с повышенным разрешением, возможностью
изменения режимов записи и наблюдения и т.п. Однако рассмотренный
подход к проблеме позволяет получить хотя бы первоначальное
представление о составе, стоимости и возможностях системы.
Выбор телевизионной камеры. Правильный выбор
телевизионных камер является принципиально самым важным моментом в
проектировании системы, так как именно характеристиками камер
определяются, в конечном счете, характеристики других
компонентов системы и в целом ее стоимость.
При выборе телекамеры и места ее установки учитываются:
- категория значимости зоны;
- геометрические размеры зоны;
- необходимость идентификации наблюдаемого предмета;
- ориентация зоны на местности;
- освещенность объекта наблюдения;
- расположение уязвимых мест (окон, дверей, люков и т.п.);
- условия эксплуатации;
- вид наблюдения - скрытое или открытое.
293
Для того чтобы определить основные параметры камер,
целесообразно сгруппировать зоны объекта таким образом, чтобы
требования к камерам от группы к группе были различными.
Категория значимости объекта. Выше отмечалось, что класс
ТСВ выбирается в зависимости от категории значимости объекта.
Это в полной мере относится и к телекамерам. Для наблюдения
объектов (зон) категории А следует применять (несмотря на их
высокую стоимость) высококачественные камеры черно-белого и
цветного изображения ведущих специализированных фирм.
На объектах (в зонах) категории Б применяют, в основном,
камеры среднего класса, а для категории В вполне оправданно
применение дешевых камер, например, южно-корейского или тайваньского
производства. В некоторых случаях, когда преследуются цели,
нехарактерные для данной категории объекта, могут приниматься другие
решения.
Геометрические размеры зоны. Геометрическими размерами
зоны определяется угол зрения камеры. В охране входной двери,
помещений, открытых площадок применяются широкоугольные
камеры с углом зрения 60 ... 90° либо камеры с меньшими углами
зрения, устанавливаемые на поворотных платформах. В охране
периметров используются камеры с малыми углами зрения. Угол зрения
камеры можно определить по формуле [114]:
a = 2агс&И
где а - угол зрения по горизонтали; h - размер матрицы по
горизонтали, мм; f- фокусное расстояние объектива, мм.
В качестве иллюстрации можно привести следующие
усредненные значения углов зрения камер с различными форматами
ПЗС-матриц и объективами с различными фокусными расстояниями.
Для объектива с фокусным расстоянием 75 мм углы зрения
составят: 3,6° (матрица формата 1/3"); 5,0° (1/2"); 6,6° (2/3") и
10°(1"), а для объектива с фокусным расстоянием 16 мм эти углы
зрения будут составлять соответственно 17, 23, 30 и 43°.
При этом следует руководствоваться справочными данными
из каталогов фирм-производителей, так как углы зрения изделий
разных фирм могут несколько отличаться друг от друга при
одинаковых исходных данных.
Идентификация наблюдаемого предмета. На объектах
категорий А и Б, как правило, требуется идентификация личности или
номера автомобиля при входе или несанкционированном
проникновении в "важные" зоны, такие, например, как банковские хранилища,
294
помещения для хранения оружия либо ядохимикатов, боксы для
инкассаторских машин, стоянки служебного автотранспорта и т.п.
С этой целью применяют камеры с повышенным разрешением
(в документации на камеру и в прайс-листах указывается какого
разрешения камера - обычного или повышенного) либо камеры,
оснащенные длиннофокусными объективами и имеющие малые углы
зрения. Для получения более полной информации об объекте
наблюдения (например, идентификации цвета автомобиля, глаз,
волос, одежды и т.п.) используются камеры цветного изображения.
Основное требование, предъявляемое к цветным камерам -
правильная передача цветов. Для компенсации искажений
цветопередачи при изменении источников света в камерах применяются
специальные схемы "баланса белого". В хороших камерах регулировка
осуществляется автоматически и, как правило, имеются регулировки
для адаптации к разным источникам света.
Если в соответствии с геометрическими размерами зоны уже
выбран требуемый угол зрения камеры, то минимальная высота
объекта (детали объекта) определяется по формуле [114]:
где L - расстояние от камеры до наблюдаемого объекта, м; S -
минимальная высота объекта (детали объекта), который требуется
различать, мм; R - разрешение камеры, ТВ-линий; а - угол зрения
объектива.
На практике может оказаться, что камера с выбранным углом
зрения не позволяет получить требуемую для идентификации
объекта наблюдения детализацию даже при использовании камеры с
повышенным разрешением, а применение камеры с меньшими
углами зрения может оставить часть зоны без наблюдения. Это
характерно для больших помещений и открытых площадок (например,
автостоянок), а также периметров большой протяженности. В таких
случаях применяют камеры с вариообъективами, позволяющими
изменять фокусное расстояние и угол зрения. В нормальном
режиме, когда в зоне нет нарушения, установлено малое фокусное
расстояние объектива, камера имеет широкий угол зрения и под
наблюдением находится вся зона. При возникновении тревожной
ситуации в зоне (либо по желанию оператора) фокусное расстояние
объектива увеличивается, позволяя "приближать" интересующий
предмет (ZOOM-функция) настолько, чтобы можно было его
идентифицировать. Для правильного выбора вариообъектива
необходимо определить границы изменения его фокусного расстояния. Ниж-
295
няя граница fmin выбирается, исходя из требуемого угла зрения
камеры в нормальных условиях. Верхнюю границу фокусного
расстояния fmax можно определить как
75L/7
'max- R ■
Следующей важной для идентификации объекта
характеристикой камеры является наличие компенсации заднего света
(Back Light Compensation), которая позволяет получить, например,
качественное изображение лица человека, стоящего спиной к
солнцу, в то время как обычная камера даст только темный силуэт. Вся
автоматика в таких камерах ориентируется не на среднюю
освещенность, а на центральную часть экрана (в очень дорогих камерах
размер и положение этой области программируется специальным
образом). Развитие этой идеи привело к понятию дифференциального
усиления. Этот метод позволяет получить одинаково хорошее
изображение даже в резко отличающихся ярких и темных областях
кадра (например, различить лицо человека на переднем плане и лица
или фигуры людей на заднем плане).
В последние годы все чаще вместе с видеонаблюдением
используется и аудионаблюдение, что позволяет идентифицировать
объект по голосу. Многие современные камеры имеют встроенный
микрофон либо микрофон и динамик, чем обеспечивается
организация соответственно симплексного или дуплексного канала аудиосвя-
зи. Наличие аудиоканала, позволяет также прослушивать
охраняемую зону, что может оказаться важным при возникновении в ней
тревожной ситуации. При организации совместного канала аудио-
и видеонаблюдения необходимо использовать специальные кабели.
Освещенность на объекте. Освещенность наблюдаемого
объекта может быть различной и, кроме этого, может изменяться
произвольным образом. Она зависит от времени суток, погоды,
прозрачности воздуха. Поэтому при выборе камеры важно знать такие
параметры объекта как минимальная освещенность и диапазон
изменения освещенностей. Исходя из значения минимальной
освещенности, выбирают камеру с соответствующей
чувствительностью. Однако здесь могут возникнуть сложности, вызванные тем,
что приводимая в паспорте на камеру характеристика
"чувствительность" трактуется неоднозначно. Во-первых, может быть приведена
освещенность, при которой камера дает "приемлемое" изображение
либо нормальное изображение. Эти значения могут отличаться в 2-4
раза. Во-вторых, ряд фирм проводят измерения без специального
фильтра ИК-отсечки, что завышает чувствительность камеры.
И наконец, в одних случаях приводится освещенность на объекте
296
(Еоб), а в других - на ПЗС-матрице (Ематр).Эти величины связаны
между собой выражением:
р — ^^
матр ~ я/г '
где R - коэффициент отражения объекта; F - относительное
отверстие объектива; я-3,14159...
Разница между этими величинами существенная: первая
может превышать вторую в 10 раз.
Такая неоднозначность может привести к серьезной ошибке
при выборе камеры, поэтому перед приобретением камеры
необходимо выяснить, какая из величин указана в документации на нее,
а более правильное решение - получить подробную консультацию
у специалиста.
Следует отметить, что освещенность объекта сильно влияет
на разрешение, поэтому для объектов с очень низкой
освещенностью следует выбирать камеры с повышенными чувствительностью
и разрешающей способностью. Кроме этого, камеры,
устанавливаемые на таких объектах, должны иметь АРУ, которая обеспечивает
работоспособность камеры при малой освещенности. Применять
сверхчувствительные камеры, представляющие собой комбинацию
обычной камеры и прибора ночного видения и имеющие
чувствительность в 100... 10000 раз выше обычных, следует с большой
осторожностью (а лучше отказаться от них) из-за высокой цены, низкой
надежности и очень сложной и неудобной эксплуатации. В
частности, их нельзя применять днем (и рекомендуется даже закрывать их
объектив в дневное время), регулярно чуть-чуть поворачивать во
избежание "вжигания" изображения, для чего необходимо применять
специальные двухкоординатные устройства управления и т.п.
Приведем примерные значения освещенности на объекте для
средней полосы России: освещенность в помещении склада -
20... 75 л к, в офисе - 200... 500 лк, в светлой комнате (у окна) -
100... 1000 л к, освещенность на улице в яркий солнечный полдень -
105...106 лк, в пасмурный день - 1О2...1О4 лк, при полной луне -
0,1...1,0 лк, в безлунную ночь - 10~*...10~3 лк.
Примерные коэффициенты отражения: пустой чистый асфальт
-5...10%, автомобиль-40...50%, снежный покров-65...85%.
Еще один способ обеспечить работоспособность камеры в
условиях недостаточной освещенности на объекте - организация де-
журного освещения. Самым простым и доступным является
обычное освещение, которое при оснащении специальными
устройствами (реле времени, фотоэлементами, охранными извещателями,
297^
реагирующими на перемещение) может включаться и выключаться
по расписанию, по уровню освещенности или при приближении
человека. Кроме обычного освещения для подсветки объектов
используют устройства местной ИК-подсветки и ИК-прожекторы. Однако
применение последних, несмотря на ряд несомненных достоинств
(имеются в виду ИК-прожекторы на основе полупроводниковых из-
лучителей), таких как высокая надежность и большой КПД, полное
отсутствие видимого света, обеспечение подсветки объектов,
удаленных на значительное расстояние, ограничено рядом факторов.
Во-первых, они очень дороги. Во-вторых, должны давать такой же
угол засветки, что и угол зрения камеры, для чего прожектор
приходится устанавливать на то же поворотное устройство, что и камеру.
При этом, например, 500-ваттный прожектор для наружной
установки имеет массу около 10 кг! Кроме этого, его нельзя устанавливать в
один кожух с камерой. Диапазон изменения освещенностей
необходимо учитывать, как правило, при выборе камер для наружного
наблюдения. Для этих целей в системах обычного применения
выбирают камеры с электронным затвором или электронной
диафрагмой, позволяющими компенсировать 1000- или даже 2000-
кратные превышения освещенности (диапазон регулирования
1/50... 1/50000 или 1/50... 1/100000), а в системах высшего и среднего
классов используют объективы с автодиафрагмой и встроенным
фильтром с центральным пятном (так называемым Spot-
фильтром). В закрытых помещениях, где изменение освещенности
небольшое (обычно она не превышает 500 лк), в основном
используются камеры с электронным затвором, обеспечивающим
диапазон регулирования выдержки 1/50-1/10000 (200-кратное перекрытие).
Только в особых случаях в камерах для внутреннего применения
используются объективы с автодиафрагмой.
Размещение камеры в наблюдаемой зоне. Важную роль в
обеспечении нормальной работы камеры играет выбор места установки
камеры на объекте. При этом нужно обратить внимание на два
момента. Во-первых, следует, по возможности, исключить засветки
объектива прямым или отраженным солнечным светом либо мощными
источниками искуственного освещения, например, прожекторами. И,
во-вторых, нужно ориентировать камеру таким образом, чтобы в поле
зрения попадали все уязвимые для проникновения нарушителем
места (окна, двери, люки и т.п.), а размеры непросматриваемой зоны не
позволяли нарушителю проникнуть через нее.
Для того чтобы избежать засветок, рекомендуется:
- не ориентировать камеру в южную сторону;
- устанавливать камеру на потолке либо на стене или в углу
с наклоном ее вниз;
298
- использовать корпус или кожух с защитными козырьком
и фильтром;
- не направлять камеру на блестящие, хорошо отражающие
свет предметы (зеркала, лужи и т.п.), окна и наружные двери.
Размер непросматриваемой камерой зоны L можно
определить как
где h - высота установки камеры; а - угол зрения камеры
(паспортные данные); р - угол между оптической осью камеры и вертикалью;
L - угол зрения камеры в вертикальной плоскости; Ц - расстояние
по горизонтали - удаление выходного зрачка телевизионной камеры
от поверхности ее крепления (например, стены); L2 - размер
непросматриваемой камерой зоны без учета удаления точки установки
камеры от вертикальной поверхности крепления.
Скрытое наблюдение. В некоторых случаях требуется
организовать на объекте скрытое наблюдение (например, за
сотрудником, подозреваемым в нелояльности, шпионаже в пользу
конкурентов и т.п.).
Для этих целей выпускаются специальные малогабаритные
камеры (как правило, бескорпусные). Такие камеры оснащаются
миниатюрными объективами с микрозрачком (типа Pinhole). При
недостаточной освещенности объекта наблюдения в этих случаях
используют устройства ИК-подсветки, так как обычное освещение
здесь, очевидно, не годится. Сама камера устанавливается в стене
или на внешней стороне стены помещения, а объектив вводится
в маленькую дырочку в стене. К недостаткам объективов Pinhole
можно отнести их небольшую светосилу. Кроме малогабаритных
камер для скрытого наблюдения иногда, когда требуется
сравнительно высокое качество изображения используют обычные
(небольшие по габаритам) камеры с достаточно хорошими
объективами. Камеры тщательно камуфлируются под различные предметы,
которые не вызывают подозрений (например, громкоговорители,
плафоны и т.п.) и не привлекают внимания. Место установки камеры
выбирается таким образом, чтобы оно не находилось постоянно или
в течение длительного времени в поле зрения человека, за которым
ведется наблюдение.
Условия эксплуатации. Как уже отмечалось, по условиям
эксплуатации следует рассматривать камеры:
- для внутреннего применения;
- для внешнего применения;
- для применения в особых условиях.
299
Камеры для внутреннего применения эксплуатируются в
сравнительно хороших условиях: температура и влажность в помещении,
если и изменяется, то в весьма небольших пределах, поэтому каких-
то особых требований к камерам с этой точки зрения не
предъявляется. Если требуется (например, в помещениях зданий, являющихся
архитектурными памятниками), то применяются декоративные
кожухи, которые могут изготавливаться по спецзаказу. Кожухи
применяются также в тех случаях, когда необходимо скрыть или хотя бы не
афишировать наличие камер. Выбор кронштейнов и поворотных
устройств также не представляет сложности, так как для них не
требуется специального антикоррозионного покрытия, а сами камеры
имеют небольшую (как правило, порядка 500 г) массу. Цены на
устройства оснащения камер для внутреннего применения невысоки
и примерно одинаковы для всех фирм-производителей. При выборе
следует обратить внимание на соответствие конструктивных
характеристик покупаемых устройств (размеров свободного пространства
кожухов, способов крепления камеры, углов поворота, допустимой
весовой нагрузки и т.п.), конструкции самой камеры.
Камеры для наружного наблюдения работают в более
сложных условиях. Широкий диапазон изменения освещенности,
температуры и влажности окружающего воздуха, дождь, снег, туман, ветер
оказывают чрезвычайно неблагоприятное воздействие на работу
камеры, аппаратуры телеметрии, поворотных устройств и
кронштейнов. Поэтому устанавливаемая на улице камера всегда
размещается в герметичном кожухе, имеющем термостат и солнцезащитный
козырек, иногда - вентилятор, очистители стекла и т.п. Кронштейны
имеют усиленную конструкцию, так как масса камеры в гермокожухе
вместе с поворотным устройством и, иногда, ИК-прожектором
достигает 20...30 кг. Кроме того, кронштейны должны выдерживать
ветровые нагрузки, обледенение и т.п. Все устройства оснащения камер
для наружного наблюдения имеют антикоррозионное покрытие,
устойчивое к воздействию солнечной радиации. Жесткие требования
к конструктивному исполнению этих устройств определяют их
весьма высокую стоимость.
К особым условиям работы камеры могут относиться
различные факторы: возможность умышленного повреждения камеры,
запыленность, пожаро- и взрывоопасность помещения, наличие паров
или конденсата агрессивных веществ, повышенный уровень
радиации и т.п. Поэтому выбор оснащения камер, работающих в особых
условиях, производится строго индивидуально.
В зависимости от условий применения камеры выбирается
также тип кабелей и проводов, распределительных и
коммутационных коробок.
300
Требования к аппаратуре постов управления и каналов
вередачи видеосигнала. Информация от телекамер по каналам
передачи видеосигнала поступает на пост управления, где она
коммутируется, обрабатывается, отображается и регистрируется с
помощью специальных аппаратных и программных средств. Таких
постов в системах высшего и среднего классов может быть несколько,
включая и удаленные на значительные расстояния (в системах
общего применения, как правило, они не требуются). Точные
параметры аппаратуры поста управления (АПУ), как то: аппаратный состав,
функциональные возможности, электрические характеристики и т.п.
можно определить, исходя из требований заказчика и результатов
обследования объекта. При выборе аппаратуры следует обратить
особое внимание на три момента, а именно:
- вся аппаратура должна соответствовать одним и тем же
стандартам черно-белого и цветного телевидения;
- разрешающая способность АПУ должна быть выше, чем
у самой высокоразрешающей камеры, используемой в системе;
- если в системе есть хотя бы одна цветная камера, вся
аппаратура должна обеспечивать обработку и передачу цветного
изображения.
Ранее уже рассматривались вопросы построения ТСВ
различного класса, приводился их примерный состав и способ первичной
оценки сложности. Приведем в завершение темы основные
показатели АПУ и каналов передачи видеосигналов, которые могут
задаваться заказчиком и которые в конечном счете определяют
структуру системы, ее состав и функциональные возможности.
Выделяются следующие группы основных функций и их
показатели:
1. Функции: наблюдение, охрана.
Показатели в режиме "Наблюдение":
- четкое изображение в пределах установленных зон при
заданных уровнях освещенности и ожидаемых производственных
помех;
Показатели в режиме "Охрана":
- требуемая различимость (идентификация) при появлении
человека или посторонних предметов в пределах установленных зон
при заданных уровнях освещенности и ожидаемых
производственных помех;
- электронное сканирование в пределах поля зрения ТВ-
камер;
- автоматическое управление диафрагмой, трансфокатором;
- -синхронность работы видеокамер и извещателей охранной
сигнализации.
301^
2. Функции: управление, контроль.
Показатели:
- требуемый режим работы;
- планирование временных окон;
- ручное управление;
- автоматическое управление, в том числе программируемое;
- переход с одного на другой вид управления;
- постоянный или циклический просмотр зон;
- просмотр зон по заданной программе;
- разделение управления между ответственными лицами и
охраной;
- автоматический вывод видеоинформации при получении
сигнала тревоги от средств охранно-пожарной сигнализации или
видеокамеры;
- звуковая и световая сигнализация;
- возможность подключения к техническим средствам охраны;
- просмотр службой охраны оперативной обстановки;
- автономное наблюдение;
- наблюдение с записью на регистратор;
- контроль целостности кабельных линий связи и состояния
ТВ-камер, в том числе с выводом последнего кадра.
3. Функции: отображение, регистрация.
Показатели:
- запись и воспроизведение видеоинформации от телекамер
в соответствии с программой или в другом режиме;
- программная видеорегистрация по зонам с указанием
времени и даты при покадровой записи, протоколирование событий;
- оперативный просмотр видеорегистрации;
- документирование видеозаписи по кадрам с указанием даты,
времени и места события;
- автоматическая регистрация несанкционированных
изменений в режиме "Охрана" синхронно с сигналом тревоги от изве-
щателей охранной сигнализации и выдача светового, звукового или
речевого оповещения;
- создание и хранение видеоархива;
- адресное распределение видеоинформации;
- вывод текстовой информации на русском языке.
4. Функция: передача изображения.
Показатели:
- передача изображения или изменения состояния в зоне по
линиям связи через периферийные устройства и приборы на
установленное расстояние, наличие необходимого количества
регистрирующих приборов;
302
- контроль наличия ТВ-камер и целостности линий связи;
- управление ТВ-камерами;
- подключение средств охранной сигнализации.
5. Функции: защищенность, сохранность.
Показатели:
- работоспособность или выдача сигнала при возникновении
помех электрического происхождения и/или радиопомех;
- работоспособность при появлении нарушителя в режиме
"Охрана" как извещателя охранной сигнализации;
- работоспособность и сохранение информации при
изменении или пропадании основного питания и переходе на резервное;
- сохранение ключа и невозможность изменения программы
и режима работы;
- защита от неквалифицированного управления;
- защита от умышленных действий охраны при нарушении
работы системы;
- недоступность устройств хранения видеоинформации и
основных управляющих программ.
6. Функция: энергообеспечение.
Показатели:
- значения напряжения и тока основного (централизованного)
питания;
- потребляемые мощности в разных режимах работы;
- автоматический переход на резервное питание;
- контроль состояния питания.
Выводы
1. В изложенной главе рассмотрены достаточно широко
вопросы выбора телевизионных средств как составной части единой
системы обеспечения безопасности объектов, с чем сотрудникам СБ
(О) приходится сталкиваться в своей служебной деятельности.
2. Изложенные в этой главе сведения о составе, особенностях
и функциях, реализуемых телевизионной аппаратурой для контроля
территорий, являются пропедевтическими (т.е. изложенными в
сжатой и элементарной форме) и, следовательно, обязательны для
изучения и понимания сотрудниками СБ(О).
3. Сотрудникам СБ (О) как специалистам, ответственным за
формирование требований к телеаппаратуре охраны объектов,
изложенных в этой главе знаний вполне достаточно. Однако если
ставится задача по самостоятельному проектированию таких систем,
следует дополнительно изучить источники [73,79,96,182].
303
Контрольные вопросы к гл. 8
1. Определение, виды и основные характеристики телевизионных камер.
2. Определение и основные характеристики ТСВ. Устройства
оснащения ТСВ (кожухи, кронштейны, поворотные устройства, устройства
подсветки), их характеристики.
3. Устройства обработки и коммутации видеосигналов, их
характеристики.
4. Устройства регистрации и передачи телевизионного сигнала,
их характеристики.
5. Электропитание телевизионных средств видео-наблюдения
6. Классы ТСВ, критерии их оценки.
7. Модули ТСВ, их характеристики.
8. Основные характеристики объекта охраны, влияющие на выбор
средств видеоконтроля.
9. Общие требования к выбору класса ТСВ для оборудования
объекта охраны.
10. Характеристики объекта, определяющие выбор телевизионной
камеры.
11. Аппаратура поста управления, основные функции и показатели.
Глава 9
СИСТЕМЫ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ ДОСТУПА,
ОСОБЕННОСТИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ
9.1. Особенности построения систем контроля доступа
Под системой контроля доступа (СКД) понимают
объединенные в комплексы электронные, механические, электротехнические,
аппаратно-программные и иные средства, обеспечивающие
возможность доступа определенных лиц в определенные зоны (территория,
здание, помещение) или к определенной аппаратуре, техническим
средствам и предметам (ПЭВМ, автомобиль, сейф и т.д.) и
ограничивающие доступ лиц, не имеющих такого права. Общая схема СКД
изображена на рис. 9.1.
Примечание. В гл. 1 отмечалось, что в литературе применяются
понятия - синонимы: система управления доступом (СУД), система контроля
и управления доступом (СКУД). В ГОСТ Р51241-98 принято название СКУД.
Для краткости в данном учебном пособии используется аббревиатура СКД.
Проблемам контроля доступа посторонних лиц на охраняемые
объекты, в помещения и зоны в последнее время уделяется особое
внимание. Прежде всего это связано с активизацией диверсионно-
террористической деятельности различных экстремистских групп,
стремительным ростом преступности, в том числе и так называемой
"беловоротничковой", развитием промышленного шпионажа.
Изначально аппаратура систем контроля доступа создавалась для
охраны особо режимных объектов военного и специального назначения
для дублирования такого слабого звена в охране как человек-
контролер. По мере накопления опыта создания и применения
аппаратуры СКД началось ее активное внедрение на широкий рынок
охранных систем. При этом она очень удачно вписалась в
существующие системы учета рабочего времени на предприятиях, в
организациях, на фирмах и в различных учреждениях. Такое сочетание
позволило резко увеличить функциональные возможности систем и,
в частности, позволило сократить общие затраты (в первую очередь
текущие) на поддержание необходимого уровня безопасности.
Признаком роста производства аппаратуры СКД стало ее активное
продвижение на отечественные рынки.
При этом наиболее современные приборы, включая их
математическое и программное обеспечение, не рассекречиваются. Из
этого следует, что при выборе структуры системы и ее аппаратуры
305
необходимо уделять особое внимание тщательному анализу ее
характеристик.
К основным из них относятся:
- стоимость;
- надежность функционирования;
- быстродействие;
- время регистрации пользователя;
- емкость памяти;
- устойчивость к злонамеренным действиям;
- вероятность ошибочного отклонения законного
пользователя (ошибки 1-го рода);
- вероятность ошибочного предоставления доступа
незаконному пользователю (ошибки 11-го рода).
В качестве пояснений отметим, что в зависимости от способа
проверки принято различать несколько видов СКД:
- ручные (подлинность личности определяет контролер на
основе предъявляемого пропуска с фотографией владельца);
- механизированные (фактически та же ручная проверка
с элементами автоматизации хранения и предъявления пропусков);
- автоматизированные (идентификация пользователя и
проверка личностных атрибутов осуществляется электронным
автоматом, а аутентификация и принятие решения о предоставлении
доступа производится оператором контрольно-пропускного пункта
(КПП));
- автоматические (вся процедура проверки и принятия
решения осуществляется компьютером).
Современный уровень развития систем контроля доступа
отражают два последних вида систем и в перспективе разумной
альтернативы им не просматривается. Дальнейшее изложение
материала касается только этих систем. Более углубленное
представление об излагаемом предмете можно получить, например,
в [5,55,69,70,71,167,168].
Обычно система управления доступом состоит из:
- набора карт-пропусков (ключей), которые выдаются
пользователям системы;
- считывателей - устройств, идентифицирующих ключи;
- исполнительных устройств, которыми могут быть
электрозамки, шлагбаумы и электроприводы ворот любых типов;
- контроллеров - интеллектуальных блоков, управляющих
системой и принимающих решение о возможности прохода.
В качестве ключей-носителей признака (кстати, полная
аналогия с ключами в обычном понимании этого слова) могут
использоваться карты различных типов: магнитные, Виганд, "проксимити",
11—3018
306
Ключ
-►
Считыватель
Контроллер
Исполнительное
устройство
Рис. 9.1. Общая схема СКД
или же сам человек (как носитель индивидуальных биологических
признаков), человеческая память, запоминающая набор цифр,
которым является PIN-код (индивидуальный код пользователя) и др.
Для съема информации с ключей предназначены устройства
идентификации. В зависимости от типа носителя, естественно,
меняются и устройства идентификации. Съем информации с
различного вида карт осуществляют специальные считыватели,
использующие те или иные физические принципы. Для съема информации
о биологических признаках человека используют специальные
биометрические считыватели (терминалы), а PIN-код вводится с
клавиатур различных типов.
Информация, снимаемая с ключей, поступает в процессорный
блок - контроллер, который ее обрабатывает, анализирует,
принимает решение о возможности прохода. Любая система обязательно
имеет плату, на которой размещаются микропроцессор и другие
полупроводниковые элементы. Другой вопрос, где эта плата
расположена: в отдельном блоке-контроллере, либо она вставлена прямо
в корпус считывателя. У каждой из этих архитектур есть свои плюсы
и минусы. Архитектура контроллера, совмещенного со
считывателем, более устойчива к обрывам сети, но и менее защищена от
взлома, так как блок, принимающий решения, расположен вне
охраняемого помещения.
СКД может взаимодействовать с персональным компьютером.
В системах достаточно большой емкости компьютер, используя
специализированное программное обеспечение, полностью управляет
контроллерами, собирает, обрабатывает и архивирует информацию,
поступающую с объекта, осуществляет взаимодействие с
сигнализацией и охранным телевидением.
Важнейшим элементом СКД является периферийное
оборудование, поскольку именно оно вступает в непосредственный
"физический контакт" с пользователем в процессе идентификации и
аутентификации его личности. Идентификация - это процедура опозна-
307
ния объекта (человека-пользователя) по предъявленному
идентификатору, установление тождества объекта или личности по
совокупности общих и частных признаков. В отличие от идентификации
аутентификация подразумевает установление подлинности
личности на основе сообщаемых проверяемым субъектом сведений о
себе. Такие сведения называют идентификационными признаками.
При проверке на КПП они представляют собой, как правило,
персональные установочные данные (фамилия, имя, отчество), личный
идентификационный номер (код), биометрические характеристики,
однозначно определяющие личность пользователя перед системой.
Идентификационные признаки, или идентификаторы, могут быть
зафиксированы на материальном носителе (идентификационной
карточке, пластиковом ключе), которые при проверке на КПП считы-
ваются аппаратурой или непосредственно в процессе проверки
вводятся пользователем в систему через терминал. Для ввода
идентификаторов пользователя в СКД применяются следующие
основные виды периферийного оборудования:
- кодонаборные терминалы;
- считывающие устройства;
- биометрические терминалы.
Примечание. В литературных источниках, посвященных
описанию различных СКД, часто можно встретить подмену понятия
аутентификация понятием верификация. Связано это, видимо, со следующим:
- в науке существует понятие верификация (от лат. Verus - истинный
и facio - делаю), означающая проверку, эмпирическое подтверждение
теоретических положений науки путем сопоставления их с наблюдаемыми
объектами, чувственными данными, экспериментом;
- в программировании и информатике существует понятие
authentifikation of user, означающее аутентификацию пользователя, т.е.
проверку соответствия пользователя терминала в сети ЭВМ предъявленному
идентификатору (применяется для защиты от несанкционированного
доступа и выбора соответствующего режима обслуживания);
- в программировании существует также понятие Verification,
означающее формальное доказательство правильности программы, а также
контроль, проверку вводимых оператором данных.
Таким образом, существует некоторое пересечение в
определениях, связанное с использованием слов "проверка" и
"подтверждение". Отсюда перенос названных терминов в другую предметную
область (СКД), очевидно, носит достаточно условный характер. Они
означают установление подлинности личности (объекта).
В этом разделе рассматривается применение аппаратно-
программных средств контроля доступа в основном, для защиты
здания и помещений. Вопросы и специфика использования таких
средств для контроля доступа к автоматизированным системам об-
308
работки информации (АСОИ) в литературе представлены
достаточно широко (см., например, [6, 23, 27, 43, 49, 56, 100]).
Основу современных СКД составляют автоматические и
автоматизированные СКД, в них процедура проверки может включать
также сопоставление лица проверяемого с видеопортретом на
мониторе контролера. В таких системах в составе периферийного
оборудования имеется специальная телекамера, вмонтированная в
считывающий терминал.
Современные автоматические и автоматизированные СКД
в зависимости от способа управления подразделяются на
автономные, централизованные и распределенные (иногда как
разновидность рассматривают СКД со смешанной логикой).
Автономные (локальные) СКД, управляемые
микрокомпьютером, как правило, обслуживают один КПП (возможно, с
несколькими линейками прохода и, соответственно, контрольными
терминалами). Идентификационная информация о пользователях и их
полномочиях хранится в локальной базе данных. СКД такого типа
наиболее просты по конфигурации, но и наименее надежны с точки
зрения возможности вывода их из строя. Их можно применять в
основном на тех объектах, где не требуется высокий уровень
безопасности. Часто в литературе такие системы носят название как
однодверные. На рис. 9.2 приведена типовая схема построения такой
системы.
Чаще всего к контроллеру можно подключить до двух
считывателей, которые устанавливают на две двери или на одну для контроля
входа и выхода. Один из считывателей можно заменить на
клавиатуру для набора кода. Кроме этого, система позволяет подключать
электрозамки, кнопки выхода, герконы, ИК-датчики, сирену и др.
Существуют однодверные системы, аналогичные описанной
выше, но в них считыватель и контроллер объединены в один корпус
(рис. 9.3), т.е. блок, принимающий решение об открытии замка,
сосредоточен в считывающем модуле. Это, с одной стороны,
удешевляет систему, но с другой - уменьшает функциональные
возможности, а главное, увеличивает вероятность взлома путем вскрытия
корпуса считывателя и замыканием контактов, к которым подключен
замок.
В еще более дешевых системах совмещаются в одном
корпусе принимающий решение блок, клавиатура для набора кода,
считыватель и замок. Наибольшее распространение такие системы
получили в гостиницах.
На объектах с требованиями повышенной безопасности
применяются контроллеры с цифровым управлением реле замка.
Выносной модуль реле замка монтируется непосредственно возле зам-
309
Блок
питания
Датчик
сигнализации
Контроллер
Замок
Геркон
Идентификатор /
Рис. 9.2. Схема системы с разделенными контроллером и считывателем
й
Кнопка
выхода
ка и управляется особым цифровым кодом. Примером таких систем
являются СКД на основе контроллеров, предлагаемых фирмой
APOLLO (США).
Чаще всего в автономных системах используются считыватели
магнитных карт Touch Memory и "проксимити", гораздо реже -
биометрия, Виганд или другие считыватели.
Но в большинстве автономных систем считыватели
совмещены с клавиатурой для набора индивидуального кода. С помощью
клавиатуры осуществляется программирование систем.
Это системы на основе одного или нескольких автономных
контроллеров, которые осуществляют все необходимые действия,
присущие СКД, автономно (без использования управляющего
компьютера). Контроллеры в таких системах обязаны иметь
собственный буфер памяти номеров карт (идентификаторов) и происходящих
в системе событий. Как правило, они имеют выход на локальный
принтер для распечатки протокола событий. Программируются
указанные контроллеры, как правило, с каких-либо кнопочных панелей
или с помощью "мастер"-карт, позволяющих заносить в память
контроллера новые карты и удалять старые. Один контроллер в таких
310
Блок
питания
Датчик
сигнализации
Считыватель
Контроллер
Замок
Кнопка
выхода
Рис. 9.3. Схема системы с совмещенным контроллером и считывателем
й
системах обычно управляет доступом в одну (максимум - две)
двери. В качестве идентификаторов (электронных пропусков) в таких
системах могут применяться магнитные карты, электронные
"таблетки" - "i Button", радиочастотные PROX-карты и др. Все устройства
управления дверями и охранными шлейфами (реле управления
замком, входы для подключения датчика двери, кнопки выхода
и охранных датчиков) располагаются в автономных системах, как
правило, на плате самого контроллера. Часто сам контроллер
конструкционно объединяется в одном корпусе со считывателем.
Наиболее простые автономные системы (часто называемые -
"гостиничными") вообще объединяют в одном корпусе контроллер принятия
решений, считыватель/клавиатуру и электрозамок. Следует однако
отметить, что такая мера, позволяющая снизить себестоимость
системы, может привести к снижению безопасности, увеличивая
вероятность взлома.
В целях повышения безопасности в наиболее совершенных
автономных системах применяется вынесенное цифровое реле
управления замком. Эта мера позволяет предотвратить попытки
проникновения в помещение путем прямого подключения
электрозамка к проводам питания.
311
В некоторых системах предусмотрена возможность их
расширения. Достигается это различными способами:
- за счет объединения отдельных контроллеров в сеть
(использование добавочного сетевого модуля в дополнение к
контроллеру);
- путем увеличения мощности и усложнения самого
контроллера, что позволяет подключать к нему более двух считывателей.
В обоих случаях для связи контроллеров между собой или с
периферийными исполнительными модулями часто используется
какой-либо стандартный интерфейс, например RS-485. Следует
однако помнить, что программировать приходится каждый контроллер
в отдельности (несмотря на обмен данными между ними). Для
систем с количеством дверей больше трех такой процесс может
оказаться весьма утомительным и трудоемким (особенно при
значительном количестве пользователей). В этом случае более
предпочтительным является установка простейших сетевых СКД.
Централизованные СКД находятся под непосредственным
и постоянным управлением центрального компьютера системы
охраны объекта, обслуживающего все периферийные звенья КПП (рис.
9.4). База данных централизована. Применение таких систем
экономически оправдано, лишь когда к центральному компьютеру
подключено достаточно большое количество терминалов - несколько
десятков и более. Преимущество таких систем в том, что они, в
отличие от автономных, позволяют вести централизованную
регистрацию времени прохода служащих и осуществлять статистическую
машинную обработку этих сведений, а также оперативно вводить
все необходимые изменения в режимы доступа тех или иных лиц
или в целом на объект. Такие СКД способны обеспечить высокий
уровень безопасности объекта. Для повышения надежности
функционирования системы может быть применена параллельная
обработка данных на двух ПЭВМ.
Число контроллеров зависит от емкости системы и
максимального количества считывателей, обслуживаемых одним
контроллером.
Как правило, для увеличения эффективности работы и
уменьшения стоимости всей системы безопасности объекта
централизованные СКД позволяют осуществлять интеграцию с датчиками
сигнализации.
Особенность систем средней емкости - существенное
увеличение числа пользователей и количества обрабатываемой
информации. В связи с этим использование персонального компьютера в
таких системах обязательно. Компьютер и его специализированное
программное обеспечение позволяют программировать каждый кон-
312
ПЭВМ
Принтер
В
^™ Контроллер
Г '""
0 в
В
i
Контроллер
\
0 а
в
■у
0 в
1
о
S
Рис. 9.4. Схема централизованной СКД
троллер, собирать и анализировать информацию, составлять
всевозможные отчеты и сводки, более эффективно отслеживать
ситуацию на объекте.
Централизованные СКД средней емкости привязаны к
конкретной технологии. Специальные адаптеры (преобразователи) кода
позволяют подсоединить считыватели различных технологий.
Многие производители даже заявляют о том, что их система
интегрируется с любым считывателем. Но, как правило, либо это утверждение
недостаточно обосновано, либо требует серьезных дополнительных
затрат на установку новых модулей.
Главная особенность таких СКД в том, что они имеют
возможность конфигурирования аппаратуры и управления процессом
доступа с компьютерных терминалов (терминала). Различные СКД
имеют свои индивидуальные особенности и различаются по:
- архитектуре;
- возможностям;
- масштабу (предельному количеству считывателей/дверей);
- количеству управляющих компьютеров;
313
- типу применяемых считывателей;
- степени устойчивости к взлому;
- степени устойчивости к электромагнитным воздействиям.
В соответствии с указанными параметрами сетевые СКД
разделяются на три основных класса по ГОСТ Р 51241-98 [55].
Большинство сетевых СКД сохраняют многие достоинства
автономных систем, основное из которых - работа без использования
управляющего компьютера. Это означает, что при выключении
управляющего компьютера система фактически превращается в
автономную. Контроллеры данных систем, так же как и автономные
контроллеры, имеют собственный буфер памяти номеров карт
пользователей и событий, происходящих в системе. Наличие в системе
компьютера позволяет службе безопасности оперативно
вмешиваться в процесс доступа и управлять системой в режиме реального
времени. Важнейший элемент сетевых СКД - программное
обеспечение (ПО). Оно отличается большим разнообразием как по
возможностям - от относительно простых программ для одного
управляющего терминала, позволяющих добавлять в базу данных новых
пользователей и убирать выбывших, до сложнейших программ с
архитектурой клиент-сервер.
В системах этого класса используются мощные центральные
контроллеры, осуществляющие процесс управления большим
количеством периферийных исполнительных устройств. К примеру, один
контроллер AAN-100 компании APOLLO может управлять процессом
доступа в 96 дверей. Как правило, контроллеры в таких системах
являются чисто электронными устройствами и не содержат
релейных выходов. В таких системах функции управления внешними
устройствами и охранными шлейфами обычно выполняют внешние
интерфейсные модули и релейные блоки, устанавливаемые, в свою
очередь, недалеко от объектов управления (двери, охранные
шлейфы и др.). Для обмена информацией между контроллером и
интерфейсными модулями наиболее часто используется интерфейс
RS-485. Контроллер в системах с централизованной архитектурой
хранит всю базу данных идентификаторов и событий, произошедших
в системе. Разделение функции принятия решений и
непосредственно управления позволяет повысить степень безопасности СКД.
Распределенные СКД наиболее совершенны с точки зрения
организации процесса обработки информации в системе, так как
наилучшим образом противостоят сбойным и аварийным ситуациям,
в частности, при сбоях в работе центральной ПЭВМ, нарушении
целостности проводной линии, связывающей его с периферией и т.п.
Периферийные пункты оснащены локальными сетями на базе
микрокомпьютеров (контроллеров), выполняющих процедуру проверки
314
самостоятельно, а центральный компьютер включается в работу
лишь для актуализации локальных баз данных и статистической и
логической обработки информации.
На рис. 9.5 изображена схема разветвленной сети СКД.
Компьютерная сеть
Рис.9.5. Схема разветвленной сети СКД
Отличительная особенность СКД с распределенной
архитектурой состоит в том, что база данных идентификаторов (и событий
в системе) содержится не в одном, а в нескольких контроллерах,
которые, как правило, сами выполняют функции управления
внешними устройствами и охранными шлейфами через реле и входы
охранной сигнализации, расположенные непосредственно на плате
самого контроллера.
Еще одна отличительная особенность системы такого класса -
возможность связи входных и выходных устройств разных
контроллеров системы. Например, можно запрограммировать систему так,
чтобы срабатывание датчика сигнализации у входа в офис, вызыва-
315
ло блокирование электрозамков, подключенных к нескольким
контроллерам, контролирующим близлежащие помещения.
Кроме того, программное обеспечение больших систем
позволяет использовать для управления сразу несколько компьютеров
и распределять исполнительные функции между ними. Например,
можно на компьютер администратора возложить обязанности
отслеживать местонахождение сотрудников и использование ими
рабочего времени, оператору компьютера отдела кадров вменить
в обязанность пополнять базу данных и печатать пропуска, на
проходную установить компьютер с программами, помогающими
идентифицировать личность, а на пост охраны - выводить тревожную
графику и т.д.
Большие системы, как правило, работают в самом тесном
взаимодействии с другими инженерными системами объекта:
охранной сигнализацией, системами телевизионного наблюдения и
контроля, системами жизнеобеспечения, оперативной связи и др.
Ввиду невозможности удаленной установки от объекта
управления эти контроллеры устанавливаются непосредственно внутри
защищаемых ими помещений. Это не способствует снижению
вероятности несанкционированного манипулирования контроллером, но
имеет свои плюсы - при обрыве линии связи между контроллерами
и компьютером система продолжает выполнять основные функции
по управлению процессом доступа в автономном режиме. Наиболее
часто в системах с распределенной архитектурой контроллер может
управлять проходом в 1-2 двери.
Типичный пример таких систем:
- контроллер компании NORTHERN COMPUTERS (контроллер
N-1000 II) -на 2 двери;
- контроллер компании KANTECH (КТ-200) - на 2 двери.
Распределенные системы обладают также тем
преимуществом, что благодаря своей модульной конструкции позволяют
наращивать мощность СКД постепенно, переходя от локальных пунктов к
распределенной сети; проще выполняется и модернизация
оборудования; авария на отдельном КПП не влияет на работу всей сети;
для обработки проверяемых лиц требуется меньше времени.
Системы со смешанной логикой. Как правило, такие
системы получаются из СКД с централизованной архитектурой путем
добавления специализированных считывателей или интерфейсных
модулей с собственным буфером памяти идентификаторов и
событий. Благодаря использованию такого технического решения
достигается избыточное резервирование функций, резко повышающее
степень безопасности системы. Поскольку контроллер в СКД с
централизованной архитектурой управляет значительным количеством
316
дверей, повреждение линии связи между ним и интерфейсными
модулями управления оконечными устройствами может привести
к блокированию значительной части или всей системы. Локальный
считыватель с собственной базой данных в этом случае переходит
в автономный режим управления доступом на своем участке.
Пример такого решения - считыватель АР-500 компании APOLLO или
интерфейсный блок управления четырьмя дверями AIM-4SL.
Системы, построенные с использованием этих модулей, обладают
наивысшей степенью безопасности.
Приведем наиболее известные сетевые СКД разной
архитектуры с указанием количества считывателей, поддерживаемого
одним контроллером.
Большинство контроллеров, на основе которых строятся
системы с компьютерным управлением, поддерживают четное число
считывателей: 2; 4; 8; 16; 24; 32; 50; 64; 96 (на 1 контроллер).
Наиболее известные на российском рынке компании APOLLO, ADVANTOR,
CARDAX, COTAG, eff-eff HIRSCH, LEL, KANTECH, KERI SYSTEMS,
NORTHERN COMPUTERS, РАС, TSS-201, WESTINGHOUS и др.
Дополнительные сведения можно получить из каталогов
и рекламных проспектов [76].
9.2. Периферийное оборудование и носители информации
систем контроля доступа
Цифровые кодонаборные терминалы. Широкое применение
в качестве средства контроля доступа цифровых кодо-наборных
терминалов объясняется прежде всего тем, что они в отличие от
считывающих систем для идентификации пользователя не требуют
ни идентификационных карточек, ни пластиковых ключей, которые
можно потерять или подделать. Это обеспечивает не только
повышенную безопасность, но и позволяет избежать расходов, связанных
с заменой пропусков. Кроме того, кодонаборные терминалы
предоставляют возможность пользователю, если он действует по
принуждению со стороны злоумышленников, незаметно подать
обусловленный сигнал охране путем набора специального кода.
К недостаткам кодонаборных терминалов относится то, что
код доступа может быть узнан посторонним лицом в результате
неосторожных или умышленных действий законного пользователя.
Кроме того, код может быть раскрыт злоумышленником путем
визуального изучения клавиатуры на неравномерность истирания
кнопок. И, наконец, такая система позволяет лишь идентифицировать
предъявляемый код, но не аутентифицировать личность пользова-
317^
теля. При этом по сравнению со считывателями, обеспечивающими
проверку в темпе ходьбы (особенно скользящего типа), кодонабор-
ные терминалы заставляют пользователей тратить больше времени
на ввод данных. К недостаткам таких терминалов относят также их
повышенную восприимчивость к неблагоприятным погодным
условиям и уязвимость с точки зрения физического разрушения.
Приведем примеры наиболее типичных кодонаборных
устройств. Один из наиболее "старых" производителей - фирма
CONTINENTAL INSTRUMENTS CORP. Ее устройство Cypher Lock
выполнено с "защитой от подглядывания" (достигается путем
заглубления кнопок под защитный бортик). Фирма HIRSCH
ELECTRONICS CORP в терминале Digital Scrambler предложила
свой вариант защиты от подглядывания или изучения кнопок на
неравномерность истирания: на кнопках цифры не нанесены в явном
виде, и лишь когда пользователь нажимает стартовую кнопку, эти
цифры в случайной последовательности высвечиваются в своих
кнопочных ячейках. Кроме того, кнопочный ряд защищен от
возможных попыток подглядывания посторонними лицами: цифры видны
лишь тому, кто их набирает, и не могут быть увидены тем, кто стоит
хотя бы немного в стороне.
Ранние и наиболее примитивные модели кодонаборных
терминалов предоставляли возможность контроля доступа лишь на
основе группового кода. В настоящее время основная масса новых
кодонаборных устройств оснащена памятью, в которой хранятся не
только групповые, но и личные коды всех пользователей, и
микропроцессором, который осуществляет сравнение вводимого и
хранящегося номеров и управляет исполнительным механизмом. Пример
такого устройства - терминал фирмы NORTHERN COMPUTERS,
который предоставляет возможность назначить каждому
пользователю личный пятизначный код. Автономная СКД на базе этого
терминала предусматривает разграничение доступа по 16 временным
периодам.
Терминалы на базе машиносчитываемых пропусков и
пластиковых ключей. В настоящее время получили большое
распространение пропуска, допускающие считывание с них информации
автоматическим способом. К таким машиносчитываемым пропускам,
которые сотрудники носят с собой и предъявляют на КПП, относят
пластиковые идентификационные карточки, пластиковые ключи
(фактически та же карточка, но только имеющая привычную форму
ключа для механических замков), так называемые "электронные
идентификационные метки" в виде жетонов, значков, брелоков.
Информация с таких пропусков считывается автоматическими счетчи-
318
ками. В зависимости от способа считывания различают устройства
контактного и бесконтактного взаимодействия.
В первом случае от пользователя требуется переместить свою
идентификационную карточку по направляющей прорези или
вставить ее (или пластиковый ключ) в соответствующую приемную щель
терминала. Для удобства в дальнейшем такие считыватели будем
называть соответственно "скользящего" и "щелевого" типов.
Во втором случае взаимодействие карточки, жетона с
приемником терминала осуществляется дистанционно - в ближней зоне.
Такие средства идентификации можно назвать бесконтактными.
К идентификационным карточкам предъявляются следующие
основные требования, вытекающие из анализа параметров
зарубежной аппаратуры:
- износоустойчивость (срок службы не менее 5 лет, количество
циклов проверки - не менее 4 тыс.);
- защищенность от фальсификации и копирования;
- технологичность изготовления;
- высокое быстродействие (идеально - это считывание в
темпе ходьбы человека);
- невысокая стоимость;
- удобство пользования;
- широкий диапазон рабочих температур (от -20 до +50° С).
Для объектов повышенного уровня охраны наиболее важным
является степень защищенности от подделки и копирования,
поэтому в дальнейшем именно этому параметру будет уделено особое
внимание.
Идентификационные карточки, обладающие высокой степенью
защищенности, изготавливаются специализированными фирмами на
основе, как правило, закрытой технологии с использованием
спецоборудования, не поставляемого на открытый рынок. Применяемая
технология практически исключает возможность механического
разделения элементов структуры идентификационной карточки без их
значительного физического разрушения, легко определяемого
контролером визуально. На основу карточки, запрессованной в
прозрачную пластиковую пленку, наносятся как видимые
идентификационные данные и фотография владельца, так и невидимая маши-
носчитываемая информация, благодаря которой обеспечивается
повышенный уровень защищенности от попыток фальсификации и
копирования. В последнее время многие зарубежные фирмы при
нанесении визуальных атрибутов стали применять метод
интегрированной структуры, когда фотография впечатывается в основу, а не
наклеивается на нее. Это, в частности, карточка Cis Imege/id Card
американской фирмы COMPUTER IDENTIFICATION SYSTEMS, Inc.
319
9.3 Средства идентификации и аутентификации
Средства идентификации и аутентификации включают:
- идентификационные карточки;
- пластиковые ключи;
- терминалы.
Основные виды идентификационных карточек.
Идентификационные карточки с магнитной дорожкой. Этот тип карточек
был разработан еще в 60-е гг., но с тех пор значительно
усовершенствовался. Увеличена информационная емкость,
износоустойчивость, повысилась защищенность от злоупотреблений. В ранних
образцах запись информации велась магнитным полем
напряженностью 300 эрстед. Это не обеспечивало надежной защиты от
случайного или умышленного стирания. Кроме того, запись магнитным
полем такой напряженности позволяла нарушителям достаточно
просто подделывать такие карточки, не прибегая к помощи сложного
оборудования. Устранить эти недостатки удалось путем применения
специальных магнитных материалов, требующих при записи
магнитного поля в 4000 эрстед. Такие магнитные материалы в конце 70-х
гг. впервые стала применять фирма ЗМ. В настоящее время
достигнута плотность записи 75 бит/см. Высокая плотность записи дает
возможность хранить на карточке достаточно большой объем
информации.
Для повышения степени защищенности карточек, наряду с
обычной информацией о владельце, может наноситься, например,
специальный защитный код, описывающий структуру материала, из
которого они изготавливаются. Этот способ был применен фирмой
COPYTEX GmbH (ФРГ), где использовался тот факт, что каждая
карточка имеет уникальную структуру материала, которая может
быть зафиксирована с помощью соответствующих технических
средств. При выпуске карточки в обращение структурные
особенности ее основы в цифровом коде записываются на магнитную
дорожку. При проверке специальное оптоэлектрическое устройство
считывающего терминала сканирует карточку, просвечивая ее
поверхность, после чего система автоматически определяет соответствие
полученных данных записанному коду.
Идентификационные карточки с магнитной барий-
ферритовой прослойкой. В таких документах магнитный слой
является серединой "сэндвича" из несущей основы (с фотографией и
личными данными владельца) и пластикового покрытия.
Расположение в нем и полярность зарядов барий-ферритовых частиц образуют
код. Достоинство таких карточек - самая низкая стоимость по
сравнению со всеми другими видами и повышенная защищенность от
320
копирования. Однако они не обеспечивают надежной защиты от
случайного или умышленного стирания или изменения встроенного
кода. Кроме того, они недостаточно износоустойчивы. Область их
применения ограничена теми сферами, где не требуется сколько-
нибудь высокий уровень безопасности при контроле доступа.
Идентификационные карточки, кодированные по принципу
Виганда. В основу таких карточек встраиваются миниатюрные
отрезки тонкой ферромагнитной проволоки специального вида. При
вложении карточки в считыватель эти так называемые "проволочки
Виганда" вызывают изменение магнитного потока, которое
фиксируется соответствующим датчиком, преобразующим импульсы в
двоичный код. Технология кодирования Виганда обеспечивает весьма
высокую степень защиты идентификационной карточки от
случайного и умышленного стирания, фальсификации зафиксированного кода
и изготовления дубликата. Считывающее устройство, работающее с
карточками Виганда, обладает высокими эксплуатационными
качествами. Благодаря отсутствию движущихся частей и герметичности
корпуса, оно отличается высокой надежностью и долговечностью
функционирования, высокой стойкостью по отношению к попыткам
физического разрушения и неблагоприятным климатическим
условиям, в частности, может работать в диапазоне температур от - 40
до + 60° С. К недостаткам этой технологии можно отнести довольно
высокую (по сравнению с магнитными) стоимость изготовления
карточек при их коротком жизненном цикле. Кроме того, по сравнению с
магнитной дорожкой плотность записи информации здесь меньше
примерно на треть.
В настоящее время аппаратура на базе считывателей
идентификационных карточек Виганда выпускается целым рядом
зарубежных фирм. Это карточки Sensorcard фирмы SENSOR
ENGINEERING Co., система Pass-4000 фирмы CARDKEY, система
Doducode ID-Cardsystem немецкой фирмы DODUCO KG.
Идентификационные карточки со скрытым штриховым
кодом (Ваг - код). Невидимый штриховой код впечатывается в основу
карточки и считывается с помощью излучения в инфракрасном
спектре. Код образуется за счет конфигурации теней при прохождении ИК-
излучения через карточку, обладает высокой степенью защищенности
от подделки. Однако эта технология также довольно дорогостоящая,
хотя стоимость таких карточек и ниже, чем у карточек Виганда.
Система контроля доступа на основе идентификационных
карточек со скрытым штриховым кодом выпускается многими фирмами.
Это, в частности, американская INTELLIGENT CONTROLS INC.,
компания HENDERSON ACCESS CONTROL SYSTEMS (США). Отдельно
идентификационные карточки на базе скрытого штрихового кода,
предназначенные для использования в различных СКД, выпускаются,
например, американской компанией IDENTIFICATION SYSTEMS INC.
Идентификационные карточки с оптической памятью.
Информации на таких карточках кодируется аналогично технологии
записи данных на оптических дисках - компьютерных носителях.
Считывание производится лазером. Современная технология
обеспечивает очень высокую плотность записи, поэтому емкость памяти
таких карточек измеряется мегабайтами. Это позволяет хранить не
только буквенно-цифровые данные, но и изображения и звуковую
информацию. Особенность карточек этого типа - их низкая
стоимость и высокая степень защищенности от несанкционированного
копирования. Однако высокая плотность хранения информации
требует достаточно бережного отношения и сложных считывающих
терминалов. Рассмотренный тип карточек изготавливается
американской корпорацией DREXLER TECHNOLOGY CORP. (карточка
LaserCard) и торонтской фирмой OPTICAL RECORDING CORP.
Голографические идентификационные карточки.
Используемые при изготовлении таких идентификационных документов
трехмерные голограммы формируются на основе интерференции двух
или нескольких когерентных волновых полей. Применение
голограммы наряду с повышенной защитой документов против
фальсификации обеспечивает высокую плотность записи информации (до
10 бит информации, содержащейся в изображении на 1 мм).
Повышенная защищенность документов обусловлена тем, что
техническая реализация методов голографии отличается достаточной
сложностью и требует применения специальной аппаратуры.
Одними из видов голограмм, нанесение которых не сопряжено
со значительными затратами, являются печатные голограммы.
Посредством относящейся к указанному виду так называемой
"радужной голограммы" формируется печатная основа, на которую затем
может быть нанесено большое количество голографических
отличительных признаков подлинности идентификационного документа.
Существенным достоинством печатных голограмм является то, что
они могут наноситься на используемые в настоящее время
документы. Это позволяет заметно повысить уровень защищенности
удостоверений против фальсификаций при сравнительно низких затратах.
Более высокий уровень защиты обеспечивают голограммы,
основанные на эффекте объемного отражения. Информация,
содержащаяся в них, может читаться непосредственно при обычном
освещении (т.е. без вспомогательной аппаратуры). Наносимые на документ
посредством голограммы данные могут представлять собой как
отдельные буквенно-цифровые знаки, так и сложную комбинацию
буквенно-цифровых, графических и фотографических символов.
322
Интерференционная диаграмма, содержащая информацию,
распределяется квазислучайно по всей площади и на всю глубину
эмульсионного слоя голограмм рассматриваемого вида, что
обуславливает предельные трудности при попытке фальсифицировать
идентификационный документ. Содержащаяся в голограмме
информация становится видимой в лучах обычного света, источником
которого может быть, например, настольная лампа. Информация
представляется в виде реального или мнимого изображения.
Одним из новых перспективных видов голограмм являются так
называемые "голограммы Даусманна". Разработанная технология
нанесения информации обеспечивает возможность сочетания в
одном фотоэмульсионном слое изображения буквенно-цифровых
данных, черно-белого фотографического снимка, а также объемно-
рефлексионной голограммы. Изготавливаемые с использованием
этой технологии документы получили название "удостоверения в
удостоверении", так как информация черно-белого изображения
полностью совпадает с данными, содержащимися в голограмме.
Какие-либо изменения в черно-белом фотоснимке обнаруживаются
сразу, путем его сличения с голограммой. Эта голографическая
технология формирования признаков подлинности особенно
эффективна для таких идентификационных документов, как удостоверение
личности, загранпаспорта и т.д.
При необходимости голограммы могут применяться и для
хранения биометрических данных (например, отпечатков пальцев).
Подобная система разработана немецкой фирмой SIEMENS AG. Для
обеспечения надежной защиты от попыток фальсификации или
копирования идентификационных карточек фирма применила еще
и шифрование данных.
Голографические методы защиты информации на документах,
наряду с высокой надежностью, обладают и рядом недостатков.
К ним относятся, например, высокая сложность аппаратуры
автоматизации процесса контроля, достаточно жесткие требования по
сбережению документа. Наибольшую эффективность обеспечивает
полуавтоматическая аппаратура, функционирующая с участием
оператора-контролера, который анализирует результаты сравнения
и принимает решение о пропуске на объект.
Идентификационные карточки с искусственным
интеллектом (Smart cards). Такие документы содержат вмонтированные в
основу миниатюрные интегральные микросхемы - запоминающее
устройство и микропроцессор. Одно из преимуществ карточек этого типа
- возможность регистрации значительного объема
идентификационных данных. Они обладают довольно высокой степенью
защищенности записанной в них информации от фальсификации и различного
рода злоупотреблений. Иные названия этих карточек (которые
встречаются в литературе) - "разумные" или "интеллектуальные".
Вычислительный микроблок этой карточки содержит три типа
запоминающих устройств (ЗУ). Для хранения программного
обеспечения предназначена память типа ПЗУ (постоянное ЗУ), в которую
информация заносится фирмой-изготовителем на этапе выпуска
карточки в обращение и не допускает внесения каких-либо
изменений в хранящиеся инструкции.
Для хранения промежуточных результатов вычислений и
других данных временного характера применяется память типа ЗУПВ
(запоминающее устройство произвольной выборки). Она
управляется встроенным микропроцессором, который осуществляет контроль
за процессом взаимодействия со считывателем. После отключения
электрического питания информация здесь не сохраняется.
Память третьего типа - программируемое постоянное
запоминающее устройство (ППЗУ) - предоставляется пользователю для
записи персональной информации. Она также находится под
управлением встроенного микропроцессора, т.е. только по его команде
туда могут вноситься какие-либо изменения. Записанная
информация не стирается и при отключении электрического питания. В
памяти этого типа, как правило, выделены три зоны: открытого доступа,
рабочая и секретная.
В открытой зоне может храниться, например, персональная
информация пользователя (имя, адрес и т.п.), считывание которой
допускается посторонним терминалом соответствующего типа.
Однако какие-либо изменения в записях могут производиться только
с разрешения пользователя и с помощью спецаппаратуры.
Рабочая зона предназначена для занесения специфической
информации, изменение и считывание которой допускается только
по команде пользователя и при наличии соответствующих
технических средств.
В секретной зоне записывается идентифицирующая
информация, например, личный номер или код-пароль. Кроме того, здесь же
обычно хранятся временные и территориальные полномочия
пользователя по доступу к охраняемым объектам. Информация
секретной зоны может быть считана только терминалом системы контроля
доступа, для которого предназначена данная карточка.
Изменения также вносятся только по команде этой системы.
Хранимые здесь данные не раскрываются никакой посторонней
считывающей аппаратурой, в том числе фирмы-изготовителя.
Секретная информация заносится туда при регистрации пользователя
контрольно-пропускной системой. До недавнего времени в качестве
такой памяти применялись запоминающие устройства СППЗУ (сти-
324
раемое ППЗУ). Внесенная информация могла быть стерта только с
помощью ультрафиолетового излучения и спецоборудования. Более
современным типом памяти является ЭСППЗУ - электрически
стираемое ППЗУ, которое в отличие от предыдущего более долговечно
(срок службы - до нескольких лет) и обладает большей гибкостью.
Некоторые интеллектуальные карточки позволяют хранить
цифровые образы биометрических характеристик пользователя
(динамики росписи, отпечатка пальца, ладони, геометрических
параметров кисти, рисунка глазного дна, портретного изображения).
В целях защиты от несанкционированного использования
идентификационных карточек, применяемых пользователями таких систем,
"электронный портрет" хранится в памяти в цифровом
зашифрованном виде, что значительно затрудняет восстановление записанной
информации и ее подделку злоумышленниками.
Бесконтактные идентификационные карточки. Такие
карточки по виду не отличаются от всех остальных, но наряду с
обычной атрибутикой содержат встроенный миниатюрный
приемопередатчик, который осуществляет дистанционное взаимодействие со
считывателем системы контроля доступа.
В качестве коммуникационного средства при дистанционном
считывании могут использоваться направленное электромагнитное
поле (микроволновые радиосигналы), оптический луч (инфракрасное
излучение) или акустические волны (ультразвук).
Особенность бесконтактных считывателей по сравнению с
устройствами других типов состоит в том, что внешний элемент их
конструкции - антенна может быть вмонтирована, например, в стену
рядом с охраняемой дверью. Это обеспечивает скрытность и,
соответственно, защиту от попыток физического разрушения.
Расстояние, на котором взаимодействует бесконтактная
идентификационная карточка с антенной считывающего устройства, в
современных бесконтактных контрольно-пропускных автоматах
может изменяться в зависимости от конкретной модели от нескольких
сантиметров до 10 и более метров.
Наибольшее распространение сейчас получили
микроволновые считыватели и идентификационные карточки со встроенной
электронной схемой или "электронные жетоны" (которые
пользователь может носить во внутреннем кармане, портфеле или
прикрепленными к связке ключей). Такие идентификаторы называют еще
"электронными метками".
Различают следующие типы электронных меток:
- пассивные электронные метки. Работают на основе
переизлучения электронной энергии от микроволнового радиопередатчика
терминала. Переизлучаемый сигнал улавливается радиоприемни-
325^
ком терминала, после чего подаются соответствующие команды на
механизм отпирания двери;
- полуактивные электронные метки. Содержат миниатюрную
батарею, которая является источником электропитания для
приемопередатчика. Сам приемопередатчик находится обычно в режиме
ожидания, а при попадании в зону действия микроволнового
излучателя поста выдает сигнал определенной частоты, принимаемый
терминалом системы;
- активная электронная метка. Представляет собой
микроволновый передатчик-радиомаяк, транслирующий сигнал определенной
частоты (для некоторых моделей - кодированный) непрерывно.
Наиболее простые модели бесконтактных контрольно-
пропускных терминалов, развитие которых началось еще в начале
70-х гг. в США, могли транслировать лишь групповой сигнал, не
подразделяя пользователей по отдельности. В дальнейшем, с
развитием электронной технологии, появились идентификационные
карточки, в составе которых кроме микросхемы приемопередатчика
имелось запоминающее устройство. В этой памяти хранится
многозначный код, который при обмене сигналами переносится в контрольный
терминал и идентифицируется в соответствии с полномочиями
конкретного пользователя.
Например, полуактивная электронная метка была разработана
германской фирмой BURCKA SYSTEMS в качестве пропуска
бесконтактного типа. Ее встроенная память позволяет хранить сколь
угодно большое количество программируемых кодовых комбинаций,
допускающих к тому же их дистанционное изменение. Максимальное
расстояние считывания составляет 3 м. Ношение пропуска возможно
под одеждой, ибо микроволновый сигнал проникает даже через
плотный (текстильный и кожаный) материал верхней одежды. В
качестве источника питания используется миниатюрная литиевая
батарея со сроком службы 10 лет.
В конце 80-х гг. фирма INDALA CORP. (США) выпустила серию
контрольно-пропускных автоматов ESP на основе новой технологии
- электростатического дистанционного считывания
идентификационных карточек и пластиковых ключей. Считывающий терминал с
помощью магнитной петлевой антенны возбуждает идентификатор,
сигнал от которого передается обратно через электростатическое
поле. Расстояние взаимодействия - до 40 см. Как и в других
моделях бесконтактного считывания, антенна может быть установлена на
виду или скрытно вмонтирована в стену. Но в отличие от других
типов электростатическая антенна может быть помещена рядом с
металлическими конструкциями зданий. Используя миниатюрный
приемопередатчик, можно довольно просто и быстро сделать из
326
обычной идентификационной карточки пропуск бесконтактного
считывания, закрепив это устройство с тыльной стороны карточки. Коды
устройств ESP согласуются со считывающими автоматами фирм
ADT, CARDKEY, CASI, CHUBB, CMC, KASTLE, NCS, RECEPTORS,
RUSCO, PASCO INT.
Система Controlpoint состоит из микропроцессорного
контроллера Entrupoint, считывающего терминала (Identipoint или Pinpoint),
исполнительного механизма. Дополнительно через интерфейс RS-
232 может подключаться принтер. В качестве носимого
идентификатора применяется интеллектуальный приемопередатчик Commander,
который обменивается сигналами с терминалом в инфракрасном
диапазоне. Особенность системы состоит в том, что код,
хранящийся в памяти контроллера, и код, занесенный в память
идентификатора Commander, автоматически и стохастически изменяется
каждый раз, когда инициируется запрос на доступ. Терминал Pinpoint
обеспечивает более высокий уровень защиты, чем Identipoint, так как
требует дополнительно набрать на кодо-наборной клавиатуре
личный идентификационный номер. Особенностью этого устройства
является то, что пользователь может сам, не раскрывая это кому бы
то ни было, установить себе личный номер и изменять его в любое
время.
Пластиковые ключи. Пластиковые ключи используют все
рассмотренные выше способы кодирования. Их отличие
заключается в конструктивном способе отпирания, внешне напоминающем
способ отпирания обычного механического замка - вставление
ключа в скважину, проверку доступа и индикацию владельцу ключа
разрешения на открытие замка (поворот ключа).
Пластиковый ключ магнитного типа используется с СКД
фирмы PHILIPS GMBH (Германия). Этот идентификатор отличается
более высокой степенью износоустойчивости по сравнению с
идентификационными карточками. В памяти такого ключа хранится личный
номер его владельца. Принцип проверки основан на сравнении
вводимого пользователем номера с хранящимся в памяти ключа,
который считывается терминалом при его вставлении в прорезь.
Пластиковый ключ с электронной памятью типа ЭСППЗУ
является персональным идентификатором в системе ETR Key Acces
System американской фирмы ELECTRONIES TECHNOLOGY
PROJECTS. В память ключа заносится следующая информация:
- системный идентификационный номер (уникален для каждой
установки и предоставляется фирмой-изготовителем при заказе
системы; максимальное число различных системных номеров свыше
65 тыс.);
327
- пользовательский идентификационный номер (определяется
покупателем при выпуске и программировании ключа; может быть до
9999 различных номеров);
- уровни доступа (для автономного считывателя до 256 уровней
система предоставляет доступ от установленного уровня и выше);
- дни недели (7 дней недели соотнесены с временными
зонами; комбинация дня недели и временной зоны определяет право
доступа через любой считыватель в любое установленное время);
- временные зоны (каждая система имеет до 16 отдельных
зон, которые могут быть назначены пользователю);
- кодонаборная панель (для важных объектов в памяти ключа
может храниться до 10 различных цифр).
Терминалы на базе комбинации считывателя и кодона-
борного терминала. Комбинирование методов аутентификации
личности позволяет повысить надежность защиты от
несанкционированного доступа. Однако при этом увеличивается время
выполнения процедуры проверки.
В настоящее время различными зарубежными фирмами
освоен выпуск целого ряда моделей.
Наибольший интерес представляет комбинированный
терминал фирмы SECURITY DINAMICS. Используемая
идентификационная карточка (по размеру схожая со стандартной кредитной, но
вдвое толще ее) содержит встроенный микропроцессор,
миниатюрный источник питания, жидкокристаллический индикатор,
электронные часы, а также запоминающие устройства двух типов - с
произвольной выборкой (ЗУПВ) и постоянное (ПЗУ). Каждую минуту на
индикаторе высвечивается число из псевдослучайной
последовательности, алгоритм генерации которой известен микрокомпьютеру
системы. Так что терминал "знает", какое конкретное число на какой
идентификационной карточке, в какой конкретный период времени
будет записано. По существу этот псевдослучайный номер служит
в течение 60 с паролем.
Процедура проверки выглядит следующим образом.
Пользователь вводит с помощью клавиатуры свой личный
идентификационный номер, а затем то число, которое отображено в данный
момент на индикаторе его идентификационной карточки. Система
определяет корректность этого числа для этой карточки и отрезка
времени.
Для противодействия угрозам перехвата личного кода
законного пользователя может быть запрограммирована такая
возможность, когда вместо раздельного ввода данных владелец
идентификационной карточки набирает на клавиатуре сумму
идентификационного номера и число, прочитанное на индикаторе.
328
Терминалы для биометрической аутентификации
личности. Существует целый класс охраняемых зон, для которых
процедура проверки на посту не может ограничиваться лишь
идентификацией пользователя с помощью его идентификационной карточки и
цифрового кода на терминале. Аппаратура СКД должна убедиться,
что доступ предоставляется именно тому лицу, которое
зарегистрировано как законный пользователь, т.е. требуется аутентификация
личности. В таких случаях подлинность пользователя
устанавливается на основе так называемых биометрических характеристик. Это
уникальные биологические, физиологические особенности человека,
однозначно удостоверяющие личность.
В качестве носителей биометрических характеристик в
настоящее время используются образцы голоса, отпечатки пальцев,
геометрия и отпечатки ладони, динамика почерка, узор сосудистой
сетки глазного дна, электрокардиограмма, электроэнцефалограмма
и др. Известны разработки СКД, основанные на считывании и
сравнении конфигураций сетки вен на запястье, образцов запаха,
преобразованных в цифровой вид, анализе носящего уникальный
характер акустического отклика среднего уха человека при облучении его
специфическими акустическими импульсами и т.д.
Однако далеко не все из вышеперечисленных методов
реализованы в серийной аппаратуре и, поскольку эта аппаратура
используется в охране особо важных объектов, информация о ней носит
общий характер.
Методика биометрической аутентификации заключается в
следующем. Пользователь, обращаясь с запросом к СКД на доступ,
прежде всего идентифицирует себя с помощью идентификационной
карточки, пластикового ключа или личного идентификационного
номера. Система по предъявленному пользователем идентификатору
находит в своей памяти личный файл (эталон) пользователя, в
котором вместе с номером хранятся данные его биометрии,
предварительно зафиксированные во время процедуры регистрации
пользователя. После этого пользователь предъявляет системе для
считывания обусловленный носитель биометрических параметров.
Сопоставив полученные и зарегистрированные данные, система
принимает решение о предоставлении или запрещении доступа.
Таким образом, биометрический терминал осуществляет
комплексную процедуру аутентификации личности. Для ее
осуществления такие терминалы, наряду с измерителями биометрических
характеристик, оборудованы соответствующими считывателями
идентификационных карточек или пластиковых ключей, а также (в
некоторых моделях) и цифровой клавиатурой.
329
Говоря о точности автоматической аутентификации, принято
выделять два типа ошибок. Ошибки 1-го рода ("ложная тревога")
связаны с запрещением доступа законному пользователю, ошибки 11-го
рода ("пропуск цели") - с предоставлением доступа незаконному
пользователю. Причина возникновения ошибок состоит в том, что
при измерениях биометрических характеристик существует
определенный разброс значений. В биометрии совершенно невероятно,
чтобы образцы и вновь полученные характеристики давали полное
совпадение. Это справедливо для всех биометрических
характеристик, включая отпечатки пальцев, сканирование сетчатки глаза или
опознание подписи. Например, пальцы руки не всегда могут быть
помещены в одно и то же положение, под тем же самым углом или
с тем же самым давлением. И так каждый раз при проверке.
Таким образом, биометрический процесс (под ним здесь
понимается автоматизация оценки биометрических характеристик)
констатирует уровень надежности, который гарантирует система в
выявлении истинности проверяемого лица. Процесс не заявляет, что
предъявленные характеристики являются точной копией образцов,
а говорит о том, что вероятность того, что пользователь именно то
лицо, за которое себя выдает, составляет величину Х% . Всегда
ожидается (предполагается), что автоматический процесс должен
обеспечить вероятность правильного распознавания, равную или
очень близкую к 100%. Таким образом, намек на то, что здесь могут
быть элементы ошибки, заставляет некоторых думать, что
биометрия не может играть существенной роли в организации входного
контроля. Анализ показывает, что хотя ни одна система
аутентификации не обеспечивает 100%-й надежности и что биометрический
процесс не дает точного совпадения характеристик, все же он дает
чрезвычайно высокий уровень точности. Некоторые зарубежные
охранные структуры к разработчикам (производителям) СКД
применяют априори заданные требования, при выполнении которых
последние могут рассчитывать на продажу своих систем.
Уровень надежности, дозволенный для системы контроля
доступа, может быть совершенно различным, однако уровень ложных
отказов истинным пользователям не вызывает какого-либо
беспокойства, в то время как уровень фальшивых доступов фактически
должен быть доведен до нуля.
Поскольку уровень надежности при сравнении может в
конечном итоге регулироваться с тем, чтобы удовлетворить запросы
конкретного потребителя, чрезвычайно важно этому пользователю
реально представлять себе, чего данная система способна достигнуть.
Наибольшую степень озабоченности вносит то, что фирмы-
производители часто задают степени точности, скажем, 0,01%
330
(т.е. 1 ошибка на 10 000 случаев аутентификации). Однако как
оценить, что любые приводимые цифры верны, и как прежде всего
измерить уровень точности (погрешности) в работе СКД?
Можно получить статистические доказательства, позволяющие
компьютеру сделать соответствующие расчеты, подтверждающие
приведенные цифры, однако большинство пользователей не совсем
доверяют этим результатам. Тем не менее реальная картина не
столь мрачна, как кажется на первый взгляд. Большинство
биометрических методов чрезвычайно точны.
Заметное оживление на рынке биометрических систем
произошло после появления довольно мощных и в то же время
недорогих 16-битовых микропроцессоров и создания эффективных
алгоритмов обработки биометрической информации. В настоящее время
биометрические терминалы разрабатываются и предлагаются к
продаже в основном фирмами США, небольшим количеством фирм
в Англии, есть информация о работах в этом направлении в Японии
и во Франции.
Ниже рассмотрены особенности аппаратурной реализации
отдельных методов биометрического контроля.
Контроль по голосу. В системе фирмы Texas Instruments (Tl)
парольные фразы состояли из четырехсловного предложения,
причем каждое слово было односложным. Каждая фраза
представляется 84 байтами информации. Время аутентификации составляло
5,3 с. Для предотвращения возможности использования заранее
записанного на магнитофон пароля система генерировала слова в
произвольной последовательности. Общее время проверки на КПП
составляло 15 с. на одного человека. Для четырех парольных фраз
ошибка 1-го рода составила 0,3%, 11-го рода - 1%.
При рассмотрении проблемы аутентификации по голосу
важными вопросами сточки зрения безопасности являются следующие:
- как бороться против использования магнитофонных записей
парольных фраз, перехваченных во время установления контакта
законного пользователя с аутентификационным терминалом?
- как защитить систему от злоумышленников, обладающих
способностью к имитации голоса, если им удастся узнать парольную
фразу?
Ответом на первый вопрос является генерация системой
псевдослучайных паролей, которые повторяются вслед за ней
пользователем, а также применение комбинированных методов проверки
(дополняя вводом идентификационной карточки или цифрового
персонального кода).
Ответ на второй вопрос не столь однозначен. Человек
вырабатывает свое мнение о специфике воспринимаемого голоса путем
331
оценки некоторых его особо характерных качеств, не ставя при этом
акцента на количественной стороне разнообразных мелких
компонентов речевого сигнала. Автомат же наоборот, не обладая
способностью улавливать обобщенную характеристику голоса, свой вывод
делает, привязываясь к конкретным параметрам речевого сигнала
и производя их точный количественный анализ.
Специфическое слуховое восприятие человека приводит к
тому, что безупречное воспроизведение профессиональными
имитаторами голосов возможно лишь тогда, когда подражаемый субъект
характеризуется ярко выраженными особенностями произношения
(интонационной картиной, акцентом, темпом речи и т.д.) или тембра
(гнусавостью, шепелявостью, картавостью и т.д.). Именно этим
следует объяснить тот факт, что даже профессиональные имитаторы
оказываются не в состоянии подражать ординарным, не
примечательным голосам.
В противоположность людям распознающие автоматы,
свободные от субъективного отношения к воспринимаемым образам,
производят аутентификацию (распознавание) голосов объективно,
на основе строго детерминированных и априори заданных
признаков. Обладая "нечеловеческим" критерием оценки схожести голосов,
системы воспринимают голос человека через призму своих
признаков. Вследствие этого чем сложнее и "непонятнее" будет
совокупность признаков, по которым автомат распознает голос, тем меньше
будет вероятность его обмана. В тоже время несмотря на то, что
проблема имитации очень важна и актуальна с практической точки
зрения, она все же далека от окончательного решения. Прежде
всего до конца не ясен ответ на вопрос, какие именно параметры
речевого сигнала наиболее доступны подражанию и какие из них
наиболее трудно поддаются ему.
Выбор параметров речевого сигнала, способных наилучшим
образом описать индивидуальность голоса, является, пожалуй,
самым важным этапом при построении систем автоматической
аутентификации по голосу. Такие параметры сигнала, называемые
признаками индивидуальности, помимо эффективности представления
информации об особенностях голоса диктора, должны обладать
рядом других свойств. Во-первых, они должны быть легко
измеряемы и малозависимы от мешающих факторов окружающей среды
(шумов и помех). Во-вторых, они должны быть стабильными во
времени. В-третьих, не должны поддаваться имитации.
Известны системы аутентификации по голосу, где
применяется метод совместного анализа голоса и мимики, ибо, как оказалось,
мимика говорящего характерна только ему и будет отличаться от
мимики другого человека, говорящего те же слова.
332
Контроль по почерку. Основой аутентификации личности по
почерку является уникальность и стабильность динамики этого
процесса для каждого человека, характеристики которой могут быть
измерены, переведены в цифровой вид и обработаны компьютером.
Следовательно, компьютер при аутентификации выбирает для
сравнения не продукт письма, а сам процесс и исследует его.
Однако даже для одного и того же человека характерен
некоторый разброс характеристик почерка от одного акта к другому. Для
того чтобы определить эти флуктуации и назначить рамки,
пользователь при регистрации выписывает свою подпись несколько раз.
В результате формируется некая "стандартная модель"
(сигнатурный эталон) для каждого пользователя, которая записывается в
память системы.
Подпись выполняется пользователем на специальной
сенсорной панели, с помощью которой изменения приложенного усилия
(нажатия) на перо (скорости, ускорения) преобразуются в
электрический аналоговый сигнал. Электронная схема преобразует этот
сигнал в цифровой вид, приспособленный для машинной обработки.
Разработка аутентификационных автоматов на базе анализа
почерка, предназначенных для реализации контрольно-пропускной
функции, была начата еще в начале 70-х гг. В настоящее время на
рынке представлены несколько эффективных терминалов такого
типа.
Одна из систем была разработана американской корпорацией
NCR CORP. Эта система (Automatic Personal Verification System) на
испытаниях продемонстрировала следующие результаты:
коэффициент ошибок 1-го рода - 0,015%, П-го рода - 0,012% (в случае, если
злоумышленник не наблюдал процесс исполнения подписи
законным пользователем) и 0,25% (если наблюдал).
Системы аутентификации по почерку поставляются на рынок,
например, фирмами INFORETE и DE LA RUE SYSTEMS (США),
THOMPSON TITN (Франция) и рядом других. Английская фирма
QUEST MICROPAD LTD выпустила устройство QSign, особенностью
которого является то, что сигнатурный эталон может храниться как в
памяти системы, так и в памяти идентификационной карточки
пользователя. Пороговое значение коэффициентов ошибок может
варьироваться в зависимости от требуемой степени безопасности.
Подпись выполняется обычной шариковой ручкой или карандашом на
специальной сенсорной панели, входящей в состав терминала.
Основное достоинство подписи по сравнению с
использованием, например дактилоскопии, в том, что это распространенный и
общепризнанный способ подтверждения своей личности (например,
при получении банковских вкладов). Этот способ не вызывает "тех-
333
нологического дискомфорта", как бывает в случае снятия отпечатков
пальцев, что ассоциируется с деятельностью правоохранительных
органов. В то же время подделка динамики подписи - дело очень
трудновыполнимое (в отличие, скажем, от воспроизведения рисунка
подписи). Причем, благодаря росписи не на бумаге, а на сенсорной
панели, значительно затрудняется копирование злоумышленником
ее начертания.
Контроль по отпечаткам пальцев. Дактилоскопия построена
на двух основных качествах, присущих папилярным узорам кожи
пальцев и ладоней:
- стабильности рисунка узора на протяжении всей жизни
человека;
- уникальности, что означает отсутствие двух индивидуумов
с одинаковыми дактилоскопическими отпечатками.
Распознавание отпечатка пальца основано на анализе
распределения особых точек (концевых точек и точек разветвления
папилярных линий), которые характеризуются их местоположением
в декартовых координатах. Для снятия отпечатков в режиме
реального времени применяются специальные контактные датчики
различных типов. Системы идентификации по отпечаткам пальцев
выпускаются в течение почти трех десятков лет. Однако благодаря
достигнутым успехам в области машинного распознавания
отпечатков только в последние годы заметно увеличилось число фирм,
выпускающих терминалы персональной аутентификации на базе
дактилоскопии.
Американской фирмой FINGERMATRIX предложен терминал
Ridge Reader, который, благодаря процедуре компенсации
различных отклонений, возникающих при снятии отпечатка пальца в
реальных условиях, а также применяемому способу "очищения"
изображения и восстановления папилярного узора (который может быть
"затуманен" из-за наличия на пальце грязи, масла или пота),
допускает коэффициент ошибок 1-го рода не более 0,1%, ll-го рода - не
более 0,0001%. Время обработки изображения составляет 5 с,
регистрации пользователя - 2-3 мин. Для хранения одного цифрового
образа отпечатка (эталона) расходуется 256 байт памяти.
Компания DE LA RUE PRINTRAK INC. производит систему PIV-
100 на базе терминала аутентификации по отпечаткам пальцев.
Кроме этих терминалов в состав аппаратуры входят центральный
процессор, контрольный пульт, дисплей, принтер, накопители на
винчестерских дисках (для хранения базы данных), накопители на
гибких (жестких) дисках (для запасной памяти).
В этой системе требуемые коэффициенты ошибок могут
выбираться в зависимости от необходимого уровня обеспечения безо-
334
пасности путем подстройки внутренних зависимых системных
параметров, таких как пороговые значения принятия решения,
сопоставляемые характеристики, стратегия распознавания. Но за возросшую
точность приходится расплачиваться уменьшением быстродействия
и снижением удобств для пользователей. Автоматическая обработка
полученного дактилоскопического изображения начинается с
преобразования первичного образа с разрешением 512x512 точек
изображения и плотностью 8 бит на точку к конечному набору
(множеству), состоящему примерно из 100 особых точек папилярного узора,
каждая из которых занимает 3 байта памяти. В результате объем
памяти для хранения одного отпечатка по сравнению с
первоначальным изображением уменьшается примерно в 1000 раз.
Сопоставление двух дактилоскопических образов - оригинального и
эталонного, хранящегося в памяти системы, производится с помощью
некоторой корреляционной процедуры. Время регистрации
пользователя в базе данных - меньше двух минут; вся процедура проверки
пользователя - около 10 с, из которых 2 с уходит на
аутентификацию, т.е. на вычисления по сопоставлению отпечатков.
Говоря о надежности аутентификационной процедуры по
отпечаткам пальцев, необходимо рассмотреть также вопрос о
возможности их копирования и использования другими лицами для
получения несанкционированного доступа. В качестве одной из
возможностей по обману терминала специалисты указывают на изготовление
искусственной кисти с требуемыми отпечатками пальцев (или
изъятие "подлинника" у законного владельца). Но существует и способ
борьбы с такой фальсификацией. Для этого в состав терминального
оборудования должны быть включены инфракрасный детектор,
который позволит зафиксировать тепловое излучение от руки (или
пальца), и (или) фотоплетизмограф, который определяет наличие
изменений отражения света от поверхности потока крови.
Другим способом подделки является непосредственное
нанесение папилярного узора пальцев законного пользователя на руки
злоумышленника с помощью специальных пленок или
пленкообразующих составов. Такой способ довольно успешно может быть
использован для получения доступа через КПП. Однако в этом случае
необходимо получить качественные отпечатки пальцев законного
пользователя, причем именно тех пальцев, которые были
зарегистрированы системой, и именно в определенной последовательности
(например, если система настроена на проверку не одного, а двух
и более пальцев по очереди), но эта информация не известна
законному пользователю и, следовательно, он не может войти в
сговор с нарушителем.
335^
Контроль по геометрии кисти руки. В основе этих систем
аутентификации лежит тот факт, что статистическая вероятность
существования двух кистей рук с одинаковой геометрией чрезвычайно мала.
Представителем этого направления СКД является американская
компания STELLER SYSTEMS, выпускающая терминал Identimat. Для
считывания геометрических характеристик кисти ее кладут ладонью
вниз на специальную панель. Через прорези в ее поверхности
оптические сенсорные ячейки сканируют четыре кольца. Эти ячейки
определяют стартовые точки по двум парам пальцев - указательному и
среднему, безымянному и мизинцу. Каждый палец сканируется по всей
длине, при этом замеряется длина, изгиб и расстояние до "соседа". Если
каждое измерение укладывается в определенные допустимые рамки
зарегистрированного эталонного набора данных, то результат
аутентификации будет для пользователя положительным Цифровой эталон
хранится либо в базе данных, либо в памяти идентификационной
карточки. При этом с целью обеспечения защиты данные шифруются.
Названный терминал прост в обращении и надежен. Время
обработки - всего 1 с, время регистрации - 1,5 мин, вероятность
ошибок 1-го рода - 0,01, И-го рода - 0,015 (т.е. коэффициенты 1% и
1,5% соответсвенно). Для хранения эталона используется лишь
17 байт памяти. Отличительной особенностью алгоритма работы
этого терминала является наличие так называемых битов качества,
которые рер/лируют рамки допустимых отклонений в зависимости от
качества изображения кисти. Однако настораживает тот факт, что у
каждого сотого сотрудника могут появиться проблемы с проходом на
рабочее место. И каждый стопятидесятый может оказаться чужим.
На базе подобной технологии биометрии японская фирма
MITSUBISHI ELECTRIC построила контрольно-пропускной терминал
автономного типа Palm Recognition System. Его отличие от
американского прототипа состоит в том, что считываются геометрические
размеры силуэта кисти руки со сжатыми пальцами, в то время как
у американцев пальцы для измерения должны быть
растопыренными. Благодаря такому подходу на результатах оценки
биометрических характеристик в японской системе не сказывается появление на
ладони ран или грязи. Однако вероятность ошибок 1-го рода также
составляет 0,01, но ошибок И-го рода - 0,000001. Время обработки
занимает 2 с, время регистрации при оформлении допуска - 20 с.
Память системы позволяет хранить до 220 эталонов.
Контроль по глазному дну. Рисунок, образуемый сеткой
кровеносных сосудов и нервными волокнами глазного дна (ретине),
уникален и стабилен во времени для каждого человека. Причем этот
рисунок различается даже у близнецов. Поэтому он может быть
с большим успехом использован для идентификации личности.
336
Начало разработок в этом направлении относится к 1976 г.,
когда в США была образована компания EYE DENTIFY, до настоящего
времени сохраняющая монополию на производство коммерческих
систем аутентификации по ретине.
Характерным устройством для системы такого типа является
бинокулярный объектив. При осуществлении процедуры
аутентификации пользователь должен прильнуть глазами к окулярам и, глядя
вовнутрь, сфокусировать взгляд на изображении красного цвета.
Затем ему следует дождаться смены цвета на зеленый (что укажет
на правильную фокусировку) и нажать на стартовую кнопку.
Сканирование глазного дна выполняется источником инфракрасного
излучения малой интенсивности, безопасного для глаз. Отраженное от
ретины излучение фиксируется специальной чувствительной
камерой. Замеры ведутся по 320 точкам фотодатчиками и
результирующий аналоговый сигнал с помощью микропроцессора преобразуется
в цифровой вид. При этом используется алгоритм быстрого
преобразования Фурье. Полученный цифровой вектор, состоящий из
коэффициентов Фурье, сравнивается с зарегистрированным эталоном,
хранящимся в памяти системы. Благодаря такому методу
преобразования и представления изображения глазного дна для хранения
каждого эталона расходуется по 40 байт. Память терминала Eye
Dentification System 7.5, реализующего этот алгоритм, рассчитана на
запоминание до 1200 эталонов. Время регистрации составляет
примерно 30 с, время аутентификации -1,5 с. Коэффициент ошибок 1-го
рода - 0,01%, Н-го рода - 0,0001% (т.е. вероятность ошибок 1-го рода
- 0,0001, Н-го рода - 0,000001).
С точки зрения безопасности эта система выгодно отличается
от всех других, использующих биометрические терминалы, не только
малым значением коэффициентов ошибок как 1-го, так и 11-го рода, но
и использованием специфического аутентификационного атрибута,
который практически невозможно негласно подменить для обмана
системы при проверке. Например, динамику росписи, голос - очень
трудно, но в принципе можно сымитировать квалифицированному
специалисту; папилярные узоры пальцев или ладони законного
пользователя в принципе можно "наслоить" на руки злоумышленника,
предварительно получив нужную копию. Понятно, что "подменить"
глаз можно лишь путем хирургической операции, но вряд ли найдется
желающий пойти на такой риск «манипуляции» со своими глазами.
В связи с возможными изменениями сосудистой сетки глазного
дна под воздействием болезни, алкоголя или лекарственных
препаратов при каждом обращении пользователя к системе производится
актуализация его эталона, хранящегося в памяти.
337
9.4. Функциональные возможности систем контроля доступа
Для упорядочения допуска граждан на территорию и в
помещения охраняемого объекта организуется пропускной режим,
представляющий собой комплекс взаимосвязанных организационных мер
с применением инженерно-технических средств.
Для рассматриваемых объектов целесообразно выделить
следующие виды пропускного режима:
- круглосуточный;
- периодический, например, только днем;
- выборочный, например, на период работы с ценностями.
Кроме этого пропускной режим может быть как однородным
(единым для любого человека - сотрудника, посетителя), так и
разноуровневым (различным для тех или иных объектов организации).
Пропускной режим организуется несколькими способами:
- стационарными постами (пропускными пунктами);
- подвижными постами (патрулями);
- сочетанием первых двух способов.
В организации с большим количеством посетителей
необходим специальный контроль за ними.
В целях упрощения пропускного режима используются
следующие виды пропусков:
- постоянный - выдается, как правило, сотрудникам
организации и ее постоянным клиентам. Он предъявляется без документов,
удостоверяющих личность, так как на пропуске должна быть
заверенная печатью фотография;
- временный (с фотографией или без нее) - выдается на
несколько дней или недель;
- разовый - выдается гражданам для посещения конкретных
сотрудников и сдается при выходе с территории объекта;
- вещевой - выдается на право проноса на территорию и в
помещения определенных предметов (кейсов, чемоданов и др.);
- материальный - дает право на вынос или вывоз с
территории указанного в нем имущества. Материально ответственным
лицам может выдаваться допуск на право вскрытия определенных
помещений, например, складских.
Пропускные пункты в общем случае могут оборудоваться
комнатой для охраны, комнатой для досмотра граждан, камерой
хранения, гардеробом, турникетом, осмотровыми площадками для
транспорта, необходимыми видами связи и сигнализации и др.
Аппаратура систем контроля доступа, построенная с
применением рассмотренных в предыдущих разделах терминалов, с
использованием ПЭВМ, контроллеров связи и специализированного про-
12—3018
338
граммного обеспечения, установленного на ПЭВМ, позволяет
обеспечить автоматизацию функций пропускного режима.
В общем случае программное обеспечение СКД
предоставляет пользователю следующие стандартные возможности:
- программирование временных интервалов, в течение
которых двери ( ворота) открыты совсем, открываются при сканировании
идентификационной карточки (или аутентификации пользователя на
биометрических терминалах) или закрыты наглухо, а также
включение/выключение по расписанию или по показаниям приборов
освещения, вентиляции, лифтов, датчиков охранной сигнализации;
- программирование выходных дней и праздников, когда
допуск предоставляется только определенным лицам;
- создание нескольких иерархических групп пользователей
в зависимости от уровня предоставляемого им допуска;
- исполнение функции "ни шагу назад", препятствующей тому,
чтобы один сотрудник, пройдя через дверь, передал свою карточку
другому человеку (т.е. определяется временной интервал, в течение
которого карточка не может открыть дверь еще раз, либо на выходе
из помещения устанавливается еще один считыватель и карточка
может снова "зайти", только предварительно "выйдя");
- если компьютер подключен к системе постоянно, то на него
может быть выведен план охраняемой территории со всеми точками
контроля доступа, дверями, проходами, расположением датчиков и
т.п., на котором в режиме реального времени отображаются все
происходящие события. Оператор системы постоянно контролирует
обстановку и в случае необходимости может принять требуемые по
обстановке решения.
Примером может служить СКД Picture Perfect фирмы
SENSORMATIC ELECTRONICS. Она работает в многозадачном
режиме на базе рабочей станции PISC/6000 и операционной системы
AIX фирмы IBM. Главный процессор обслуживает несколько
микропроцессоров. Память СКД позволяет хранить информацию о 22000
пользователей. К системе может быть подключено до 500
считывателей. Общение «СКД - человек-оператор» в целях достижения
максимальных удобств осуществляется с помощью пиктограмм на
дисплее ПЭВМ.
Обычно такие достаточно мощные СКД работают в
совокупности с системами охранной сигнализации и телевизионного
наблюдения. В этом случае, например при попытке несанкционированного
проникновения в помещение, оснащенное СКД или датчиками
охранной сигнализации, включаются телекамеры и блокируются
выходы. Систему можно запрограммировать на разблокирование всех
исполнительных устройств в экстренных случаях. Подобный набор
339
функций заложен, например в программном обеспечении систем
безопасности Multi Net 5100 (работающей в среде OS/2) фирмы
DIEBOLD.
Типовые возможности математического и программного
обеспечения достаточно мощных СКД позволяют решать задачи
контроля за посетителями, за выносом материальных ценностей,
автоматизировать ряд функций службы патрулирования и т.д.
Каждому посетителю на входе выдается идентификационная
карточка с разрешением на доступ в заданное время в
определенные зоны. На выходе карточка должна сдаваться. При этом
возможен оперативный контроль за местами посещения, а в случае
задержки на объекте вне пределов заданного временного интервала
подается сигнал тревоги.
По аналогичной методике может быть организован контроль
за своевременным движением групп службы патрулирования.
Для выноса материальных ценностей на любой рабочей
станции системы может быть сформирован список предметов,
скрепляемых "электронной подписью" уполномоченного на то
руководителя. При этом вводится личный идентификационный номер
сотрудника, выносящего предметы. При подходе к проходной этот список
автоматически (по предъявлению идентификационной карточки
сотрудника) выводится на дисплей контролера, который сверяет
список.
Гибкость ПО современных систем контроля доступа позволяет
достаточно легко изменять их конфигурацию, менять заданные
условия нахождения в помещениях и на территории для любого
сотрудника.
В целях повышения надежности функционирования СКД их
ПО может предусматривать функционирование центральных
рабочих станций в связке двух машин в режиме параллельной обработки
данных.
9.5. Рекомендации по выбору средств и систем контроля доступа
Выбор варианта структуры и аппаратно-программных средств
СКД неразрывно связан с требованиями системной концепции
обеспечения безопасности конкретного объекта и реализуется в
процессе разработки соответствующего проекта оснащения этого объекта
КТСО. Это и определяет методику выбора структуры и аппаратно-
программных средств СКД (исходя из условий удовлетворения
задачам обеспечения безопасности рассматриваемого объекта).
340
При разработке структуры и затем технического проекта СКД
применительно к конкретному предприятию следует учитывать, что
наиболее современные из них обладают высокой гибкостью и могут
быть адаптированы к структурно-планировочным особенностям
практически любого объекта. Существенное условие эффективного
решения поставленной задачи - создание комплексной группы из
специалистов по аппаратно-программным средствам СКД,
ответственных сотрудников службы обеспечения безопасности и
специалистов по эксплуатации технических средств охраны. Функции этой
группы состоят в следующем:
- поименное формирование временных и зональных профилей
для каждого сотрудника, лиц вышестоящих организаций и
приходящих посетителей (понятие "профиль" применительно к аппаратуре
СКД означает совокупность "точек" (мест) прохода, например:
проходная, входы в режимные помещения и т.п. и совокупность
допустимых графиков проходов через эти "точки");
- группирование временных и зональных профилей с целью их
минимизации;
- уточнение отчетной статистики системы для возможного
круга потребителей (служба безопасности - отдел режима, отдел
кадров, службы организации труда, иные потребители);
- унификация отчетной статистики;
- уточнение порядка взаимодействия с аппаратурой иных
подсистем безопасности объекта;
- подготовка нормативной базы для пользователей системы
и сотрудников объекта;
- организация разъяснительной работы среди сотрудников на
этапе внедрения аппаратуры СКД и т.д.
При составлении описания объекта, определении его
характеристик и разработке основных требований необходимо учитывать
два принципиально важных момента: с какой целью внедряется
система контроля доступа и какой эффект от ее внедрения ожидается.
Условный экономический эффект от внедрения СКД может
оцениваться как снижение затрат на содержание персонала охраны
за вычетом стоимости аппаратуры, отнесенной на срок ее
эксплуатации и затрат по обслуживанию. Косвенный (оперативный) эффект
заключается в повышении надежности пропускного режима,
усложнении для злоумышленников проникновения на объект и в закрытые
для посетителей зоны, в возможности оперативно отслеживать и
предотвращать нештатные ситуации. В случае "поголовного"
внедрения среди сотрудников объекта идентификационных карточек
косвенный эффект может быть достигнут и за счет возможности
более четкой организации труда и контроля за ходом трудового про-
341^
цесса. В случае наличия большого количества средств
вычислительной техники и при необходимости разграничения доступа к
различным вычислительным ресурсам может потребоваться создание
сети "контрольно-пропускных пунктов" для операторов
автоматизированных рабочих мест, что также может быть реализовано в СКД.
Особенностью отдельных объектов может являться их
представительский характер (в отличие от режимных объектов),
требующий достаточно "гуманного" пропускного режима. Это должно
выражаться во внешней простоте процесса контроля и его
малозаметности. Но требования надежности контроля должны соблюдаться
неукоснительно.
Как правило, зоны особого внимания (складские помещения,
комнаты и залы с важнейшей аппаратурой) не требуют быстрого
контроля: основной фактор - это прежде всего надежность, а не
время контроля.
С учетом возможностей существующих СКД и особенностей
объектов основная цель внедрения аппаратуры СКД -
разграничение доступа для сотрудников различных подразделений, надежное
закрытие доступа посторонних лиц в особо охраняемые помещения
и контроль за доступом лиц, не относящихся к персоналу. При этом
следует помнить, что аналогичные задачи должны решаться и в
АСОИ, обслуживающей проектируемую (внедряемую,
модернизируемую) СКД.
Более предпочтительно, чтобы структура СКД для особо
важных объектов была распределенной: это обеспечивает
максимальную живучесть аппаратно-программных средств системы в целом.
В качестве аппаратуры контроля за доступом лиц к особо
охраняемым зонам целесообразно применять терминалы для
проведения аутентификации по отпечаткам пальцев или по узору сетчатки
глаза.
К подзадачам контроля доступа (см. разд. 1.1, 1.4 и табл. 1.1),
требующим реализации эффективных мер безопасности, следует
отнести задачи, решаемые системой доступа к вычислительным
ресурсам (рабочие места операторов и пользователей ПЭВМ) [100].
Здесь целесообразно применять идентификационные карточки с
искусственным интеллектом (Smart cards). При высокой плотности
размещения рабочих мест возможно применение карточек -
контактных или бесконтактных с ограниченным радиусом действия
(опроса/ответа).
К более низкому уровню контроля доступа могут быть
отнесены остальные пользователи. Если не стоит задача поголовного
охвата сотрудников системой контроля доступа, то входные двери
в помещения могут быть оборудованы терминалами для считывания
342
карт. Помещения для хранения материальных ценностей
целесообразно оборудовать подобными терминалами с кодонаборными
устройствами.
Если же предполагается полный охват персонала системой
контроля доступа, то целесообразно ориентироваться на
интеллектуальные бесконтактные идентификационные карточки или
пластиковые ключи.
Поскольку взаимодействие считывающих терминалов с
контроллерами системы осуществляется по стандартному интерфейсу,
в общем случае тип считывающего терминала большой роли не
играет. Эта особенность должна учитываться при выборе типа
аппаратуры.
В качестве центральной ПЭВМ системы и ее ПО
целесообразно выбирать то, которое позволяло бы формировать на экране
дисплея поэтажные планы, а систему общения ПЭВМ - оператор
построить максимально комфортной (например, с помощью
пиктограмм). Это создает предпосылки для уменьшения времени реакции
оператора на информацию (что особенно важно в экстренных
случаях).
В качестве примеров достаточно развитых СКД могут
рассматриваться следующие (которые рекомендуется изучить):
1. Компьютеризированная система контроля доступа Siport OS
М. Строится из отдельных модулей, структура определяется, исходя
из требований, предъявляемых к системе на конкретном объекте.
Является мультипрограммной системой, в которой в качестве
центрального устройства применяется IBM - совместимый компьютер.
Он используется для программирования системы ввода и обработки
информации. В остальное время система может работать
автономно. Центральное устройство получает информацию от считывающих
терминалов о "вошедших" и "вышедших" сотрудниках
(зарегистрировавших свою карточку), сигналах тревоги. Удобный для
пользователя способ работы с ПЭВМ в форме диалога, наличие информации
"Помощь" делает систему наглядной и простой в обращении.
Изменение параметров системы, включение в нее новых пользователей,
перестройка уровней доступа не требуют от оператора специальных
знаний в области программирования.
Основные характеристики системы Siport OS M изложены
в соответствующих проспектах. Особенно привлекает в ней наличие
удобных сервисных функций, например:
- система обеспечивает до 200 пользовательских групп,
располагающихся по степени разрешенного доступа;
- система позволяет выделить 328 различных групп
пользователей, различающихся по времени разрешенного прохода;
343
- система имеет возможность идентифицировать рабочие,
отпускные и особые дни;
- каждый сотрудник может быть отнесен к определенному
считывающему терминалу, на котором он должен производить свои
регистрации;
- система позволяет осуществлять контроль за состоянием
и управление датчиками охранной сигнализации, подачу
соответствующих сигналов блокирования/разблокирования замков дверей;
- автоматизирована работа службы патрулирования на
объекте и в его помещениях (регистрация факта отметки патруля в
заданное время и подачи сигнала тревоги в случае его отсутствия).
Основа системы - устройство управления дверью К24. С
помощью конвертера оно соединяется с ПЭВМ, максимальное
расстояние - 1500 м. Устройство К24 имеет 8 релейных выходов для
управления дверью и подачей сигналов тревоги, 16 контактов от
датчиков охранной сигнализации.
К одному устройству К24 может быть подключено до 4
считывающих терминалов Тур 200 или Тур 5000 (с дисплеем, клавиатурой
и персональным кодом), максимальное расстояние- 100 м.
Возможно подключение иных терминалов (считывателей), отвечающих
требованиям стандарта RS-485.
2. Система контроля доступа фирмы РАС INTERNATIONAL.
Система использует уникальные пластиковые электронные ключи,
которые не поддаются копированию, не нуждаются в элементах
питания, устойчивы к внешним воздействиям, каждый ключ имеет
уникальный код.
Основу системы составляет контроллер Easikey, позволяющий
контролировать 2 двери. К контроллеру могут быть подключены
четыре разные модификации дистанционных (до 10 см) считывателей:
- Low Profile Reader - считыватель для представительских
помещений;
- Vandal Resistant Reader - считыватель, противостоящий
механическим повреждениям, предназначенный для эксплуатации
в неблагоприятных условиях;
- Panel Mount Reader - считыватель для скрытой установки
в дверной панели;
- PIN Reader - считыватель для доступа с вводом цифрового
кода, выполнен из нержавеющей стали для поверхностной и скрытой
установки. Клавиатура диафрагменного типа, устойчивая к внешним
неблагоприятным воздействиям.
Контроллер Easikey может быть заменен
многофункциональными контроллерами РАС 2100/1100, обслуживающими до
4 дверей.
344
Система РАС Windows на основе этих контроллеров с
использованием центральной ПЭВМ позволяет контролировать до 10000
пользователей, поддерживать режимы одной зоны или комплекса
зон ( в одной зоне - до 128 точек доступа, в комплексе зон - до 2500
точек доступа), организовывать связь с центральной ПЭВМ через
телефонный модем, радиолинию или сигнальный кабель и
управление контроллерами РАС 2110/1100 как ведомыми. В систему может
быть включен блок управления сигналами событий, который
расширяет возможности РАС Windows для контроля и отображения
информации об оборудовании - отопительном, холодильном
(кондиционеры); возможно управление освещением здания,
телевизионным наблюдением, охранной сигнализацией, управление лифтами.
3. В качестве терминалов - биометрических считывателей
могут быть применены:
- биометрическая система контроля доступа по узору сетчатки
глаза Eye Dentification System 7.5 фирмы EYEDENTIFY
(модификации 7,5 THBMV);
- биометрическая система контроля доступа по отпечатку
пальца TouchLock фирмы IDENTIX. Модификация TL-125
(максимальная емкость памяти - 848 образцов) . Для обеспечения
авторизованного доступа к компьютерам служит терминал TouchSafe (тип
TS-500) (с системным комплектом SW-225).
В настоящее время на отечественном рынке представлен
достаточно большой выбор аппаратуры СКД различных зарубежных
фирм и отечественных производителей. Рассмотренные выше
примеры аппаратуры для формирования СКД наиболее характерны и
относятся к "долгожителям" на рынке. Однако, как и все зарубежные
изделия, они имеют существенный недостаток - невозможность
проанализировать полностью математическое и программное
обеспечение систем. В условиях, когда на СКД "замыкается" управление
потоками людей и ресурсов и управление системой безопасности, "цена"
каждого отказа и даже простого сбоя в работе аппаратуры
чрезвычайно возрастает. Таким образом, изучение импортных систем в
большей мере необходимо для развития профессиональных знаний.
С учетом удобств эксплуатации и по признакам
ремонтопригодности отечественные СКД предпочтительнее. Среди них
несомненно выделяются разработки таких организаций как:
1. Радиотехническая компания "Комплексы и Системы.
Электроника" (КиС.Э). Компанией разработаны и серийно поставляются:
- электромеханический турникет трехрожкового типа с
поворотной головкой для раздельного пропуска лиц. Турникет
обеспечивает четыре режима работы: "Проход вперед", "Проход назад",
"Блокирование", "Свободный проход". При электропитании от сети пере-
345
менного тока напряжением 220 В потребляемая мощность не
превышает 20 Вт, а в ее отсутствие встроенный аккумулятор
поддерживает все режимы работы в течение 15 ч. Брусья выдерживают
ударную нагрузку до 150 кг. Аппаратура может эксплуатироваться при
температуре окружающей среды -30...+50° С;
- автоматизированные ворота. Они близки по
функциональным возможностям описанному выше электромеханическому
турникету и в то же время могут управляться как с пульта ручного
управления, располагаемого на посту охраны, так и с помощью
индивидуальных электронных карточек типа Proximity (дистанционного
считывания). Ворота могут выступать и как составная часть единой
системы контроля доступа;
- электронная проходная, предназначенная для организации
пропускного режима и автоматизации табельного учета. Это
фактически централизованная система контроля доступа, включающая
центральный пост с серверной станцией, автоматизированное
рабочее место (АРМ) отдела кадров, АРМ бюро пропусков, АРМ службы
безопасности и линию турникетов. Эти турникеты представляют
собой дальнейшее усовершенствование рассмотренного выше
электромеханического турникета, дополненного системой сигнализации о
попытках несанкционированного проникновения через проход (в том
числе и перелаза), контроллером и считывателями индивидуальных
карточек типа Proximity. Система позволяет подключать к одному
центральному посту до 100 точек прохода (турникеты и
автоматизированные ворота). Объединение названных трех подсистем создает
достаточно развитый инструмент для решения задач охраны при
обеспечении гарантийного и внегарантийного обслуживания.
Накопленный компанией "КиС.Э" опыт изготовления и
внедрения описанной выше аппаратуры и систем на ее основе
подтверждает ее высокую надежность и простоту в эксплуатации.
Собственная разработка компанией ПО системы контроля доступа
гарантирует оперативное устранение любых сбойных ситуаций и, что очень
важно, возможность подготовки для заказчика сертифицированных
специалистов по эксплуатации и обслуживанию аппаратуры СКД.
Компания "КиС.Э" продолжает работу по расширению
оперативных возможностей системы с детальной проверкой всех
технических и программных решений. При этом в процессе внедрения в
максимальной степени учитываются особенности конкретного заказчика.
2. НПК "Союзспецавтоматика", которая создала, например,
интегрированный комплекс "Кодос". "Кодос" представляет собой систему
безопасности нового поколения, состоящую из восьми модулей:
- конфигурирования системы (позволяет вводить графические
планы этажей, расставлять на планах датчики, блоки питания, ви-
346
деокамеры и т.д., "привязывать" датчики к шлейфам контроллеров
доступа и адресных блоков);
- контроля доступа (позволяет оградить объект от посторонних
и обеспечить быстрый и удобный доступ персонала в защищаемые
помещения);
- охранно-пожарной сигнализации (выполняет стандартные
процедуры контроля состояния охранно-пожарных датчиков и
отображения возникновения внештатных ситуаций);
- видеоконтроля и видеоархивации;
- контроля системы жизнеобеспечения;
- учета рабочего времени;
- энергопитания (интеллектуальная система, которая сообщает
на центральный пульт о состоянии блоков бесперебойного питания);
- персонализации карт доступа (позволяет вводить в систему
фотографии персонала со сканера, видеокамеры или цифрового
фотоаппарата).
3. СНПО "Элерон". Среди систем, решающих ряд задач СКД
и предлагаемых на рынке, можно назвать автоматическую систему
управления доступом "Сектор-М"; она предназначена для контроля
прохода лиц через внешние и внутренние КПП.
Рассмотренные краткие рекомендации выбора средств СКД не
затрагивают проблем организационно-психологического
содержания. При их решении следует учитывать многие аспекты
человеческого фактора, связанные с реакцией сотрудников предприятия, на
котором внедряется СКД, на кажущееся ущемление их
человеческого достоинства, свободы передвижения, общения и т.д.
Выводы
1. Применение технических средств охранной сигнализации
при отсутствии подсистем контроля доступа в современных
условиях недостаточно для надежного обеспечения безопасности
предприятия и принадлежащих ему материальных, информационных и иных
ценностей.
2. Зарубежный и отечественный опыт создания
интегрированных систем безопасности показывает, что наиболее рациональным
является реализация их "интеллектуального ядра" на базе
аппаратно-программных средств СКД, т.е. в ней должно решаться
большинство задач автоматического управления контроля доступом,
перемещения персонала, анализа попыток нарушения
(несанкционированного проникновения), создания интегрированных баз данных,
обслуживающих службу безопасности и т.д. Такой подход, в
частности, позволяет сэкономить на аппаратуре СКД и ТСОС (например,
347^
одни и те же дверные датчики положения могут применяться и в
аппаратуре контроля доступа, и в охранной сигнализации).
3. Отечественные разработки СКД более предпочтительны,
даже если обладают худшими параметрами относительно
зарубежных аналогов. Это объясняется многими причинами, например,
невозможностью проанализировать математическое и программное
обеспечение импортных СКД.
Контрольные вопросы к гл. 9
1. Что понимается под системой контроля доступа, какие существуют
другие названия этого понятия?
2. На что следует обратить внимание при выборе структуры и
аппаратно-программных средств СКД?
3. Нарисуйте и поясните общую схему СКД.
4. В чем смысл понятий идентификация и аутентификация?
5. Как классифицируют автоматические и автоматизированные СКД
в зависимости от способа управления?
6. Нарисуйте и поясните схему СКД с разделённым контроллером
и считывателем.
7. Нарисуйте и поясните схему СКД с совмещённым контроллером
и считывателем.
8. Каковы сходства и отличия автономных, централизованных и
распределённых СКД?
9. Поясните принцип работы цифровых кодонаборных терминалов.
10. Поясните принципы работы терминалов на базе машиносчиты-
ваемых пропусков и пластиковых ключей.
11. Перечислите основные виды идентификационных карточек,
поясните принцип их использования.
12. Поясните, в чем отличительная особенность бесконтактных
идентификационных карточек в сравнении с иными.
13. Поясните принцип работы терминала на базе комбинации
считывателя и кодонаборного терминала.
14. Перечислите основные виды терминалов, используемых для
биометрической аутентификации личности, поясните принципы их работы.
15. Как оцениваются параметры надёжности аутентификации?
Приведите примеры.
16. Какие существуют виды пропускного режима, как они организуются?
17. Какие существуют виды пропусков, поясните особенности их
применения?
18. Какие стандартные возможности должно предоставлять
пользователю программное обеспечение СКД?
19. С чего начинается выбор средств и систем СКД? Каковы основные
функции рабочей группы, создаваемой для решения задачи выбора СКД?
20. Приведите примеры достаточно развитых зарубежных и
отечественных СКД, поясните принципы их организации.
348
ПРИЛОЖЕНИЕ
Перечень базовых дисциплин,
на знании которых строится курс «Основы теории создания,
проблемы выбора и эффективного применения систем
и средств охранной сигнализации»
- «Усилительные и электротехнические устройства»;
- «Основы аналоговой схемотехники»;
- «Метрология, стандартизация и сертификация»;
- «Элементная база и материалы радиоэлектронных средств»;
- «Электронные приборы»;
- «Физика»;
- «Квантовая и оптическая электроника»;
- «Специальные разделы физики»;
- «Теоретические основы радиолокации и радионавигации»;
- «Радиотехнические цепи и сигналы»;
- «Цифровые и импульсные устройства»;
- «Проектирование цифровых устройств на микросхемах»;
- «Радиоприемные устройства»;
- «Теория вероятностей и математическая статистика»;
-«Моделирование на ЭВМ и автоматизированное
проектирование»;
- «Теория оптимизации и численные методы»;
- «Основы конструирования и технологии производства
радиоэлектронной аппаратуры»;
349
Базовые тематические направления
(для разработки курсовых и дипломных проектов)
1. Системы сбора, обработки и отображения информации
Расчет и разработка канала передачи информации от средств
обнаружения до станционной аппаратуры.
Расчет вероятности ошибки Р— и Р— в канале
(вероятности того, что вместо «О» передастся «1» и наоборот).
Расчет устойчивости канала к воздействию нарушителя, в том
числе к нарушителю, применяющему технические средства обхода.
Разработка программного обеспечения для подсистем:
- обработки информации;
- отображения информации;
- опроса каналов;
- организации межмашинной связи и т.д.
Разработка и макетирование отдельных блоков и узлов ССОИ.
2. Радиоволновые и радиолучевые СО
Расчет характеристик антенн или системы передачи.
Определение характеристик помехового сигнала.
Определение требований к приемо-передающей аппаратуре.
Расчет согласованных и адаптивных фильтров (в том числе
программно-аппаратных).
Разработка и макетирование отдельных блоков ТСО,
использующих РВСО и РЛСО.
3. Оптические СО
Расчет линзы Френеля для пассивного СО.
Расчет оптимального фильтра.
Определение параметров сигналов и помех в пассивном и
активном СО.
Разработка алгоритма опроса канала в многоканальном
активном СО.
Разработка коммутаторов, фильтров, усилителей, оптических
фильтров и т.п. для активных и пассивных СО.
Разработка и макетирование отдельных блоков ТСО,
использующих пассивные и/или активные оптические СО.
4. Сейсмические СО
Разработка канального усилителя и фильтра.
Расчет информативных признаков человека-нарушителя.
Моделирование на ПЭВМ сигналов и помех.
350
Разработка и расчет адаптивных и оптимальных приемников
сейсмических сигналов.
Разработка и макетирование отдельных блоков ТСО,
использующих ССО.
5. Магнитометрические СО
Исследование характеристик сигналов и помех.
Расчет и формирование заданной диаграммы
чувствительности СО.
Разработка канальных усилителей и фильтров.
Разработка и макетирование отдельных блоков ТСО,
использующих МСО.
6. Комбинированные СО (в том числе распознающие)
Расчет вероятности обнаружения и периода наработки на
ложное срабатывание для различных вариантов расположения СО и
различных моделей нарушителя.
Разработка и оптимизация вариантов оснащения объектов
ТСО, использующих КСО.
Разработка моделей нарушителя.
Разработка и макетирование отдельных блоков ТСО,
использующих КСО.
7. Технические средства контроля территории
Разработка и оптимизация вариантов оснащения объектов
ТСВ для различных моделей нарушителя.
Расчет необходимого освещения (дежурного, аварийного, ИК-
подсветки и т.п.).
Обоснование выбора определенной аппаратуры телевидения
для решения задач видеоконтроля и видеоохраны для конкретно
заданных объектов охраны.
Разработка вариантов размещения средств видеоконтроля и
видеоохраны, их оптимизация по наперед заданным критериям.
Разработка и макетирование отдельных блоков ТСО с
включением ТСВ.
Примечание. По разделу «системы контроля и управления
доступом» курсовые и дипломные проекты не предлагались, ибо эти знания
изложены в данной книге лишь концептуально, исходя из целей
формирования "системного взгляда" на проблемы обеспечения комплексной
безопасности объекта. Теоретические основы создания СКД (СКУД, СУД) могут
служить предметом изложения для отдельной книги, в которой и должны
быть сформулированы возможные для разработки студентами темы
курсовых и дипломных проектов.
351
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
(сокращения, применяемые локально в рамках только отдельно
взятого раздела, здесь не приводятся)
AM - амплитудная модуляция
АПУ - аппаратура поста управления
АРУ - автоматическая регулировка усиления
АСО - автоматизированная система охраны
АСОИ - автоматизированная система обработки информации
АЦП - аналого-цифровой преобразователь
БД - база данных
ВУ - внешнее (ие) устройство(а)
ВИП - вторичный источник питания
ВКУ - видеоконтрольное устройство (монитор)
ВЛИ - вакуумный люминесцентный индикатор
ВОЛС - волоконно-оптическая линия связи
ДТА - диверсионно-террористический акт
ДТС - диверсионно-террористическое средство
ЖКИ - жидкокристаллический индикатор
30 - зона обнаружения
ЗСВТ - защищенное средство вычислительной техники
ИБ - информационная безопасность
ИБП - источник бесперебойного питания
ИКСО - инфракрасное средство обнаружения
ИндСО- индуктивное средство обнаружения
ИРО - информационные ресурсы организации
ИСБ - интегрированная система безопасности
ИСО - интегрированная системя охраны
ИУД - избирательное управление доступом
КИТСО- комплекс инженерно-технических средств охраны
КНУ - кодонаборное устройство
КПП - контрольно-пропускной пункт
КСЗИ - комплекс средств защиты информации
КСО - комбинированное средство обнаружения
КТСО - комплекс технических средств охраны
КУ - контролируемое устройство
352
ЛВВ - линия вытекающей волны
ЛВС - локальная вычислительная сеть
ЛЧ - линейная часть
МСО - магнитометрическое средство обнаружения
НСД - несанкционированный доступ
НСК - несанкционированное копирование
ОЗУ - оперативное запоминающее устройство
ОИП - описание информационных потоков
00 - объект охраны (охраняемый объект)
ООЗИ - область обращения защищаемой информации
ОП сигнализация - охранно-пожарная сигнализация
ОС - операционная система
ОПФ(Г)- организованные преступные формирования (группы)
ПБ - периферийный блок
ПЗС - прибор с зарядовой связью
ПКП - прибмно-контрольный прибор
ПО - программное обеспечение
ПП - постовой пульт
ПРД - правила разграничения доступа
ПС - полезный сигнал
ПУ - пороговое устройство
ПУД - полномочное управление доступом
ПЦН - пульт централизованного наблюдения
ПЦО - пункт централизованной охраны
ПЭВМ - персональная электронно-вычислительная машина
ПЭМИ - побочное электромагнитное излучение
РВСО - радиоволновое средство обнаружения
РИ кабели - радиоизлучающие кабели
РЛС - радиолокационная станция
РЛСО - радиолучевое средство обнаружения
РСО - радиотехническое средство обнаружения
СА - станционная аппаратура
СБ(О) - служба безопасности (охраны)
СВ - средство видеоконтроля
СЗИ - средство защиты информации (программно-аппаратное)
СКД - средство контроля доступа
353^
СКУД - система контроля и управления доступом
СО - средство обнаружения
СП - сейсмоприемник
СПИ - система передачи извещений
СРД - система разграничения доступа
ССО - сейсмическое средство обнаружения
ССОИ - система сбора, обработки, отображения
и документирования информации
СТО - система тревожного оповещения
СТН - средства (система) телевизионного наблюдения
СУБД - система управления базой данных
СУД - система управления доступом
ТВЛ - максимальное количество телевизионных
линий (разрешающая способность)
ТрСО - трибоэлектрическое средство обнаружения,
устанавливаемое в грунте
ТрЗСО - трибоэлектрическое средство обнаружения,
устанавливаемое на заборе (трибоэлектрическое заградительное СО)
ТСВ - телевизионные средства (системы) видеоконтроля
ТСН - технические средства (системы) наблюдения
ТСО - технические средства охраны
ТСОС - технические средства охранной сигнализации
ТТХ - тактико-технические характеристики
УО - устройство отображения
УПБ - устройство бесперебойного питания
ФЧ - функция чувствительности
ХПИ - хаотическая последовательность импульсов
ЦПУ - цифропечатающее устройство
43 - чувствительная зона
ЧЭ - чувствительный элемент
ШС - шлейф сигнализации
ЭМП - электромагнитное поле
354
Список литературы
1. Абалмазов Э.И. Концепция безопасности: тактика
высокоэффективной защиты. Стоимость стратегии, стратегические ресурсы, тактика
защиты, сопоставимость тактических решений. // Системы безопасности. -
1995-№4.
2. Абалмазов Э.И. Защита малого и среднего бизнеса: гипотезы и
реальность. // Системы безопасности. - 1995. - № 4.
3. Абалмазов Э.И. Пределы возможностей средств информационного
поиска и защиты. // Системы безопасности. - 1996. - № 1.
4. Абалмазов Э.И. Направленные микрофоны: мифы и реальность. //
Системы безопасности. - 1996. - № 4.
5. Абрамов A.M., Никулин О.Ю., Петрушин А.Н. Системы управления
доступом. - М.: «Оберег-РБ», 1998. - 192 с.
6. Автоматизированные системы. Защита от несанкционированного
доступа к информации. Классификация автоматизированных систем и
требования по защите информации. Руководящий документ. Гостехкомиссия
России. - М.: Военное издательство, 1992. - 39с.
7. Агеев А.С. Компьютерные вирусы и безопасность информации. //
Зарубежная радиоэлектроника. - 1989. - № 12.
8. Адрианов В.И., Бордин В.А., Соколов А.В. "Шпионские штучки" и
устройства защиты объектов и информации. / Под общей редакцией
Золотарева С.А. - СПб., "Лань", 1996. - 272 с.
9. Алексеенко В.Н. Обеспечение экономической безопасности
предприятий и коммерческой деятельности. Школа коммерческой безопасности
МГП "Универсал-ВЦ". 1992.
10. Алексеенко В.Н. Специальная защита. // Материалы
международной конференции "Информатизация правоохранительных систем". - М.:
Международная академия информатизации, 1994. - С. 182-186.
11. Алексеенко В.Н. Современная концепция комплексной защиты.
Технические средства защиты. - М.: МИФИ, 1994. - 38 с.
12. Андреев СП. ИК-пассивные датчики охранной сигнализации. //
Специальная техника. - 1998. - N 1. - С. 23-28.
13. Андреев А.И., Зорин А.С., Сапожников Г.П. Маскировка и скрытая
установка аппаратуры охранной сигнализации. // Техника охраны. - 1994. -
N 1. - С. 85-88.
14. Аснис И.Л., Федоренко СВ., Шабунов К.Б. Краткий обзор
криптосистем с открытым ключом. // Защита информации "Конфидент". - 1994. -
№ 2. - С. 35-44.
15. Афанасьев В.В., Минаев Ю.А. О возможности защиты
информации при ее обработке на ПК. // Мир ПК. - 1990. - N 4. - С 60-65.
16. Баранов А.К., Карнычев В.Ю., Минаев В.А. Компьютерные
экспертные технологии в органах внутренних дел. Учебное пособие. - М.:
Академия МВД РФ, 1992. - 130 с.
355
17. Барсуков B.C., Дворянкин СВ., Шеремет И.А. Безопасность связи
в каналах телекоммуникаций. // Технологии электронных коммуникаций. Том
20. - М.: СП "Эко-Трендз" и НИФ "Электронные знания", 1992. - 124 с.
18. Барсуков B.C., Водолазский В.В. Интегральная безопасность
информационно-вычислительных и телекоммуникационных сетей. - М.: ТЭК,
1993.-146 с.
19. Барсуков B.C. Обеспечение информационной безопасности. Том
63.-М.: ТЭК, 1996. -94 с.
20. Барсуков B.C., Марущенко В.В., Шигин В.А. Интегральная
безопасность. - М.: АО "Газпром", 1994. - 170 с.
21. Барсуков B.C. Технические средства обнаружения угроз. // Мир
безопасности. - 1997. - N 8/48. - С.38-42.
22. Батанов A.M. Объемный охранный ИК-извещатель "Фотон-4". //
Техника охраны. - 1994. - N 1. - С. 64-66.
23. Батурин Ю.М., Жодзишский A.M. Компьютерная преступность и
компьютерная безопасность. - М.: «Юридическая литература», 1991. - 160 с.
24. Батурин Ю.М. Проблемы компьютерного права. - М.:
«Юридическая литература», 1991. -272 с.
25. Бахмутский В.Ф. Автореферат диссертации «Методы и
аппаратура для отыскания мест повреждений в кабелях дальней связи и для
обнаружения кабелей». - Львов: MB и ССО УССР, Львовский ордена Ленина
политехнический институт. -1968.
26. Безопасность распределенных вычислительных систем и сетей. //
Сб. ВИНИТИ "Иностранная печать о техническом оснащении полиции
капиталистических государств". -1993. - № 8. - С. 5-14.
27. Безопасность автоматизированных систем обработки информации.
Материалы ВИМИ (под общей редакцией Поволоцкого A.M.). - 1994. - 74 с.
28. Безопасность банков. АО "Солинг". - 1995.
29. Безруков М.Н. Компьютерная вирусология. Справочное
руководство. -Киев, 1991.
30. Бернштейн Н.А. Исследования по биодинамике локомоций. -
Москва, 1935.-255 с.
31. Блэк Ю. Сети ЭВМ: протоколы, стандарты, интерфейсы. - М.:
«Мир», 1990.-512 с.
32. Борисов В.А., Гончаров Н.Д. Разноволновые устройства охранной
сигнализации. Обзорная информация. Вып. 2. - М.: ВНИИПО МВД СССР,
1992.-50 с.
33. Ботнев В.Н. Радиолучевые сигнализаторы. // Системы
безопасности. - 1995.-№ 4. - С. 17.
34. Брэк Г.Ю. Справочное пособие по магнитным явлениям. / Пер. с
англ. - М.: «Энергоатомиздат», 1991.
35. Василевский И.В. Техника защиты информации. // Системы
безопасности. - 1995. - № 6.
36. Василевский И.В. От комплекса к системе информационной
безопасности. // Системы безопасности. -1996. - № 4.
37. Васнев В.П. Законодательные и технические аспекты охраны
объектов связи. // Системы безопасности связи и телекоммуникаций. -1996. - № 5.
356
38. Владимиров Н.И. Акустические поля: средства нападения и
защиты. Модель нападения. Стетоскопы. Генераторы шума. // Системы
безопасности. -1995.-№ 2.
39. Вовченко В.В. От "Акулы" до OSCOR. // Защита информации
"Конфидент". - 1995. - № 2.
40. Вовченко В.В. Особенности использования OSCOR и общие
методы проведения комплексной поисковой операции. // Защита информации
"Конфидент". - 1995. - № 3.
41. Воловик Е.М. Защита операционных систем и серверов БД. // Мир
ПК.-1995.-№4.
42. Волхонский В.В. Телевизионные системы наблюдения. - Санкт-
Петербург: «Экополис и культура». - 1997.
43. Временное положение по организации разработки, изготовления и
эксплуатации программных и технических средств защиты информации от
НСД в автоматизированных системах и средствах вычислительной техники.
Руководящий документ. Гостехкомиссия России. - М.: Военное
издательство, 1992.-29 с.
44. Выбор и применение современных технических средств охранно-
пожарной сигнализации на объектах народного хозяйства. Рекомендации. -
М.: ВНИИПО МВД СССР, 1991. - 222 с.
45. Гавриш В.А. Практическое пособие по защите коммерческой
тайны. - Симферополь: «Таврида», 1994. - 112 с.
46. Гайкович В., Першин А. Безопасность электронных банковских
систем.- М.: Компания "Единая Европа", 1994. - 351 с.
47. Гамблицкий В.Я. Инфракрасные датчики. // Системы
безопасности. - 1995. - N2 4. - С. 15.
48. Гасанов Р. Шпионаж и бизнес. - М.: «Мысль», 1993.
49. Герасименко В.А. Защита информации в автоматизированных
системах обработки данных. В 2-х кн.: Кн.1 - М.: «Энергоатомиздат», 1994. -
400 с.
50. Гершойг А.В. NOVEX SOFTWARE: На повестке для NOVEX DISC.
// Компьюлог. -1994. - № 3, № 4.
51. Гик Л.Д. Измерение вибраций. - Новосибирск: «Наука», 1972. -
291с.
52. Голубев В.В., Дубров П.А., Павлов ГА. Компьютерные
преступления. // Вычислительная техника и ее применение. - 1990. - N 9. - С.3-23.
53. Горелик А.Л., Скрипник В.А. «Методы распознавания». - М.:
«Высшая школа», 1984.
54. Гостюшин А.В. Энциклопедия экстремальных ситуаций. - М.:
«Зеркало», 1994. - 256 с.
55. ГОСТ Р 51241-98. Средства и системы контроля и управления
доступом. Классификация. Общие технические требования. Методы
испытаний.
56. Гроувер Д. Защита программного обеспечения. - М.: «Мир», 1992.
57. Груздев С.Л. Электронные ключи. // Мир ПК. -1993. - № 9. - С.29-31.
58. Груздев С.Л. 16 вариантов русской защиты. // Компьютер Пресс. -
1992.-№10.
357
59. Групер Ш. Электронные ключи с энергонезависимой памятью. //
Компьютер Пресс. - 1993. - N 8. - С.60-62.
60. Гудков П.Б. Компьютерная преступность: возникновение,
современное состояние и тенденции. // Защита информации "Конфидент". - 1995.
-N2 4.-С. 17-25.
61. Гуревич И.Б., Журавлев Ю.И. Минимизация булевых функций и
эффективные алгоритмы распознавания. // Кибернетика. - 1974. - № 3.
62. Дворянкин СВ. Девочкин Д.В. Методы закрытия речевых сигналов
в телефонных каналах. // Защита информации "Конфидент". - 1995. - № 5. -
С. 45-49.
63. Демин Ю.И., Петраков А.В. Современные автоматизированные
охранные системы. Тезисы докладов на НТК МТУСИ. - 1993. - С. 9—10.
64. Дорр Д. Десять симптомов неполадок в электропитании и способы
их устранения. // Сети. - 1995. - № 3. - С.120-124.
65. Дуда Р., Харт П. Распознавание образов и анализ сцен. / Пер. с
англ.; под ред. В.Л. Стефанюка. - М.: "Мир", 1976.
66. Ефимов А.И., Вихорев СВ. Обеспечение информационной
безопасности. // Системы безопасности. - 1996. - № 1.
67. Закон РФ "Об информации, информатизации и защите
информации", - № 24 - фЗ, 20.02.1995 г. // Российская газета, 22.02.95 г.
68. Закон РФ "О связи", - N 15 - фЗ, 16.02.1995 г. // Российская
газета, 22.02.95 г.
69. Защита информации. Выпуск 1. - М.: МП "Ирбис-1Г, 1992.-240 с.
70. Защита от несанкционированного доступа к информации.
Термины и определения. Руководящий документ. Гостехкомиссия России. - М.:
Военное издательство, 1992. - 12 с.
71. Злотник Е. Touch Memory - новый электронный идентификатор.//
Монитор. - 1994. - N 6. - С.26-31.
72. Иванов В., Залогин Н. Активная маскировка побочных излучений
вычислительных систем. // Компьютер Пресс. - 1993. - N 10. - С.33-34.
73. Иванов И.В. Охрана периметров. - М.: Радио и связь, 1997. - 98 с.
74. Казанский Д.О. Оптимальная организация комплекса
безопасности. //Системы безопасности связи и телекоммуникаций. - 1997. - № 4. -
С.22-23.
75. Карась И.З. Юридические факты и доказательства в
информационных правоотношениях. // Сов.государство и право. -1988. - N 11. - С.92.
76. Каталоги и рекламные проспекты изделий фирм: "Ново", "Маском",
"Дивекон", Радиотехнической компании «КиС Э», НПК «Союзспецавтомати-
ка», "ИКМЦ-Г, "Элерон", Тротек", AUDIOTEL, "SSS", "PK Electronics", "Tex-
нише Бератунг Шиттко Гмбх.", "Micro and Securety Electronic KG", CCS (STG),
"Knowlege Express", "Оникс", "Формула безопасности - сервис", "SMIRAB
ELECTRONICS", "Интрако", "Дивекон", "С&К Systems", "Pyronix",
«PARADOX», «SIPORT OS M», «РАС International» и др. - 1994-2002 r.r.
77. Кащеев В.И. Обеспечение информационной безопасности
коммерческого объекта. // Системы безопасности. - 1995. - № 5.
78. Каталог фирмы «Octagon systems», «Micro PC», 1994.
358
79. Киреев A.M. Телевизионная аппаратура на пироконах. // Техника
кино и телевидения. - 1988. - № 1.
80. Кирюхина Т.Г., Дубинина В.А. Приемно-контрольные приборы
охранно-пожарной сигнализации: обзорная информация. - М.: ВНИИПО, 1992.
81. Кириллов Д. Ценная информация всегда в цене. // Частный сыск.
Охрана. Безопасность. - 1996. - № 7. - С. 26-30.
82. Киселев А., Чаплыгин В., Шейкин М. Секреты коммерческой
безопасности. Практические советы предпринимателю. - М.: «Инфоарт», 1993. -
128 с.
83. Классификация и кластер. / Под ред. Дж. Вэн Райзина. / Пер. с
англ.; под ред. Ю.И.Журавлева. - М.: «Мир», 1980.
84. Козлов Н.Б. "Дельта": Новая технология защиты речевой
информации. // Системы безопасности. - 1994. - № 4.
85. Козлов Н.Б. Пополнение в системе "Дельта". // Системы
безопасности. - 1996. -№ 4.
86. Кол Б. Компании включают в свои продукты средства шифрования
и контроля прав пользователей. // Компьютеруолд. - 1995. - № 15.
87. Концепция защиты средств вычислительной техники и
автоматизированных систем от несанкционированного доступа к информации. РД
Гостехкомиссии России. - М.: «Военное издательство», 1992. - 12 с.
88. Коржик В.И., Яковлев В.А. Защита информации от утечки за счет
побочных электромагнитных излучений и наводок на основе способа
кодового зашумления. // Сб. ВНИИМИ "Информатика и вычислительная техника".
-1993.-№1-2.-С.61-66.
89. Королев С. Безопасность в Novell I I NetWare 4. // Деловой мир,
Мир информации. - 1995. - N 6 (12).
90. Котельников В.А. Сигналы с максимальной и минимальной
вероятностями обнаружения. // Радиотехника и электроника, т. IV, вып.З. - 1959.
-С. 357-361.
91. Крыжановский В.Д., Костыков Ю.В. Телевидение цветное и ТВ -
"черно-белое". - М.: «Связь», - 1990.
92. Крысин А.В. Безопасность предпринимательской деятельности. -
М.: «Финансы и статистика», 1996. - 380 с.
93. Куранов А.И. Безопасность банковской информации. // Системы
безопасности. -1995. - N 4.
94.Курмитт А.А. Криптографические методы защиты информации. -
М.: «Зарубежная электроника», 1979.
95. Лагутин B.C., Новикова Е.Г., Петраков А.В. Утечка информации
в телефонных каналах. // Материалы XXIII Международной конференции
IT + SE 96. - Гурзуф. - Май, 1996. - С. 141-142.
96. Лагутин B.C., Петраков А.В. Возможности стандартной факсвиде-
отелефонии в телеохранных системах. //Докл. XVIII Международной
конференции и школы "Вычислительные сети-95". - Гурзуф. - Октябрь 1995. -
С. 47-49.
97. Лебедев А.Н. Криптография с "открытым ключом" и возможности
ее практического применения. // Защита информации. -1992. - № 2.
359
98. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. -
М.: «Советское радио», 1974-1976. - Кн. 1-3.
99. Лысов А.В., Остапенко А.Н. Промышленный шпионаж в России:
методы и средства. - АОЗТ "Лаборатория Противодействия
Промышленному Шпионажу", 1994.
100. Магауенов Р.Г. Основные задачи и способы обеспечения
безопасности автоматизированных систем обработки информации. - М.:
Издательский дом "Мир безопасности", 1997. - 112 с.
101. Мамиконов А.Г., Кульба В.В., Шелков А.Б. Достоверность,
защита и резервирование информации в АСУ. - М.: «Энергоиздат», 1986. - 304 с.
102. Мафтик С. Механизмы защиты в сетях ЭВМ. / Пер. с англ. - М.:
«Мир», 1993.-216 с.
103. Мельников Ю.Н. Электронная цифровая подпись. Возможности
защиты. // Защита информации "Конфидент". - 1995. - N 6. - С.35-47.
104. Миленький А.В. Классификация сигналов в условиях
неопределенности. - М.: «Советское радио», 1975.
105. Мироничев СЮ. Коммерческая разведка и контрразведка или
промышленный шпионаж в России и методы борьбы с ним. - М.: Дружок,
1995.-223 с.
106. Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных
приборов. - Ленинград: «Машиностроение», Ленинградское отделение,
1983.-696 с.
107. Митин В. Шпионские страсти. // Компьютерра. - 1995. - N 16 (96).
- 24 апреля.
108. Митин В. Сетевые администраторы могут спать спокойно.
Создана первая отечественная антивирусная система для Novell NetWare. //
Компьютерра. - 1995. - N 20 (100). - 29 мая.
109. Мишин Е.Т. Индустрия безопасности: новые задачи - новая
стратегия. // Системы безопасности связи и телекоммуникаций. - 1999. - №
24. - С. 40-42.
110. Мостовой Д. Современные антивирусные средства. //
Компьютер-Пресс. - 1993. - N 10. - С. 49-51.
111. Настоящее и будущее CCTV. // Системы безопасности. - 1995. -
N 6. - С.62-63.
112. Нейбергер Н.А. Автореферат диссертации «Исследование и
разработка способа и аппаратуры для бесконтактного выявления подземных
коммуникаций». - Львов: АН УССР, физико-механический институт
им.Г.В.Карпенко. -1982.
113. Николаенко Ю.С. Противодействие радиоэлектронной разведке.
// Системы безопасности. - 1995. - N 6. - С. 12-15.
114. Никулин О.Ю., Петрушин А.Н. Системы телевизионного
наблюдения. - М.: «Оберег-РБ», 1997. - 176 с.
115. Нилов В.А., Членов А.Н., Шакиров Ф.А. Технические средства
охранно-пожарной сигнализации. - М.: НОУ «Такир», 1998. -147 с.
116. Новые средства защиты вещей от краж. // Иностранная печать
о техническом оснащении полиции капиталистических государств. - N 3. -
М.: ВИНИТИ. - 1994. - С. 15-16.
360
117. Обеспечение безопасности музеев и их коллекций. //
Информационный бюллетень ИКОМ. N 2. - М.: Минкультуры СССР. -1989. - 35 с.
118. Оборудование безопасности. Каталог. - М.: «Элике», 1999.
11 Э.Омельянчук A.M. Применение видеотехники в охране. - М.: ТВ
«Безопасность», 1995. - 72 с.
120. Организация и современные методы защиты информации. - М.:
Концерн "Банковский Деловой Центр", 1998.-472 с.
121. Осипенко А.С. Компьютерные вирусы. // Мир ПК. - 1990. - № 3. -
С. 23-30.
122. Паркер Р. Средства защиты локальных сетей Novell NetWare:
советы и рекомендации. CW-Москва. - 1995. - N 1. - С.18-19.
123. Партур У. Приборы ночного видения. / Пер. с англ., № 6-31033.
Всесоюзный центр переводов. - 1979.
124. Патрик Э. Основы теории распознавания образов. / Перевод с
англ. под ред. Левина Б.Р. - М.: «Сов.радио», 1971.
125. Пастухов Н.А., Членов А.Н. Состояние и перспективы развития
извещателей для охраны помещений. // Техника охраны. - 1994. - N 1. - С.
42-46.
126. Патент США № 4213647 (радиолокатор для обнаружения
предметов под землей).
127. Патент США № 4. 415. 885, G 08В 13/24, 340/552,11/83, Mongen.
128. Перечень технических средств охранной, охранно-пожарной
сигнализации, разрешенных к применению с 1993 г. на охраняемых объектах
различной формы собственности и квартирах или подлежащих передаче
под охрану подразделениям вневедомственной охраны при ОВД на
территории России. // Техника охраны. - М.: НИЦ "Охрана" ВНИИПО МВД РФ. -
1994.-№ 1.-С. 50-61.
129. Петраков А.В. Техническая защита информации. - М.: МТУСИ. -
1995.-60 с.
130. Петраков А.В. Защита и охрана личности, собственности,
информации. Справочное пособие. - М.: «Радио и связь», 1997. - 320 с.
131. Петраков А.В., Дорошенко П.С., Савлуков Н.В. Охрана и защита
современного предприятия. - М.: Энергоатомиздат, 1999. - 568 с.
132. Пешель М. Моделирование сигналов и систем. / Пер. с немецк. -
М.: "Мир", 1981.-300 с.
133. Поздняков Е.Н. Защита объектов. - М.: Концерн "Банковский
Деловой Центр", 1997. - 224 с.
134. Проектирование систем видеонаблюдения и видеоконтроля. -
Санкт-Петербург: "Ультра - Стар", 1996.
135. Протоколы информационно-вычислительных сетей: Справочник.
/ Под ред. Мизина И.А. и Кулешова А.П. - М.: «Радио и связь», 1990. - 504 с.
136. Пугачёв B.C. Теория вероятностей и математическая статистика.
-М.: «Наука», 1979.
137. Расторгуев СП. Программные методы защиты информации
в компьютерах и сетях. - М.: Издательство Агенства "Яхтсмен", 1993. -188 с.
361^
138. Репин А.А. Актуальные проблемы обеспечения безопасности
банковской информации. Вопросы защиты информации. - М.:
Межотраслевой научно-технический сборник ВИМИ. - 1993. - Вып.2 (25).
139. Рольф М. Основы построения систем охранной сигнализации. /
Пер. с англ. N Н-10736. - М.: ВЦП, 1984. - 71 с.
140. Русанов Ю.А. Кабельные системы сигнализации. // Системы
безопасности. - 1995. - № 4. - С.29.
141. Саутин А. Компьютерная информация будет защищена в лучших
традициях контрразведки. // Финансовые известия. - 1995. - N 28 (157).
142. Свирский Ю.К. Охранная сигнализация: средства обнаружения,
коммуникации, управление. // Системы безопасности. -1995. - № 4. - С.10-16.
143. Свирский Ю.К. ИК-датчики: методы повышения
помехоустойчивости. // Системы безопасности связи и телекоммуникаций. - 1997. - № 3. -
С.12-16.
144. Системы охранной сигнализации. Часть 1. // Серия "Индустрия
безопасности". - М.: Фирма "Ново", НПО "Рокса". - 1993. - 88 с.
145. Системы охранного телевизионного наблюдения. - М.: НИЦ ТВ
"Охрана".-1997.
146. Системы и устройства охранной и пожарной сигнализации.
Средства защиты информации. // Каталог "Изделия промышленности
средств связи". Серия 5. - М.: АО "Экое". - 1993. - 122 с.
147. Соловиченко М. Собаки-криминалисты. - Газета «Мир
новостей». - 4 сентября 1999. - № 36 (298). - С. 3.
148. Спесивцев А.В., Вегнер В.А., Крутяков А.Ю., Серегин В.В.,
Сидоров В.А. Защита информации в персональных ЭВМ. - М.: «Радио и связь»,
1992.-192 с.
149. Справочник по радиоэлектронным системам. - М.: «Энергия»,
1979.-Т. 2.-368 с.
150. Средства вычислительной техники. Защита от
несанкционированного доступа к информации. Показатели защищенности от
несанкционированного доступа к информации. Руководящий документ. Гостехкомиссия
России. - М.: «Военное издательство», 1992. - 24 с.
151. Стандарты надежности и система безопасности NetWare 4. По
материалам ф.Novell. // Деловой Мир. Мир информации. - 1995. - N 6 (12).
152. Стрельченко Ю.А. Обеспечение информационной безопасности
банков (методическое пособие). - М.: Российское объединение
информационных ресурсов научно-технического развития. Институт повышения
квалификации информационных работников (ИПКИР), 1994. - 120 с.
153. Сюнтеренко О.В. Зарубежный рынок средств защиты
информации в компьютерных и телекоммуникационных системах. Учебное пособие. -
М.: Российское объединение информационных ресурсов научно-
технического развития. ИПКИР, 1994. - 17 с.
154. Съем информации по виброакустическому каналу. // Системы
безопасности. - 1995. - № 4. - С.56-59.
155. Тематический выпуск. Обработка сейсмических сигналов. //
ТИИЭР. - 1984. - Т. 72. - № 10.
362
156. Терминология в области защиты информации. Справочник. -
М.: ВНИИ стандарт, 1993.
157. Типовые требования по технической укрепленности и
оборудованию сигнализацией учреждений культуры, расположенных в зданиях, не
являющихся историческими и архитектурными памятниками. - М.: НИЦ
"Охрана" ВНИИПО МВД РФ, 1993. - 36 с.
158. Типовые требования по технической укрепленности и
оборудованию сигнализацией предприятий торговли. - М.: НИЦ "Охрана" ВНИИПО
МВД РФ, 1994.-46 с.
159. Тихонов В.И. Оптимальный прием сигналов. - М.: «Радио и
связь», 1983.-320 с.
160. Топольский Н.Г. Концепция создания интегрированных систем
безопасности и жизнеобеспечения. // Материалы III Международной
конференции "Информатизация систем безопасности ИСБ-94". - М.: Научный
совет по проблемам общественной безопасности АЕН РФ. - 1994. - С. 12-14.
161. Торокин А.А. Основы инженерно-технической защиты
информации. - М.: "Ось-89", 1998. - 336 с.
162. Уайт Дж. Э. Возбуждение и распространение сейсмических волн.
- М.: «Недра», 1986. - 261 с.
163. Уайт Дональд Р.Ж. Электромагнитная совместимость
радиоэлектронных средств и непреднамеренные помехи. В 3-х вып. - М.:
«Советское радио», 1979. - N 2.
164. Уидроу Б., Гловер Дж., Маккул Дж. и др. Адаптивные
компенсаторы помех. Принцип построения и применения. // ТИИЭР. - 1975. - Т. 63. -
N2 12.-C.69-98.
165. Указ Президента Российской Федерации "О мерах по
упорядочению разработки, производства, реализации, приобретения в целях продажи,
ввоза в Российскую Федерацию и вывоза за ее пределы, а также
использования специальных технических средств, предназначенных для негласного
получения информации» от 9 января 1996 г. N 21.
166. Устройство защиты от вторжения со взломом. // Иностранная
печать о техническом оснащении полиции капиталистических государств. - М.:
ВИНИТИ. - 1994. - № 10. - С.4-5.
167. Филип Х.Уокер. Электронные системы охраны. Наилучшие
способы предотвращения преступлений. / Пер. с англ. - М.: "За и против", 1991.
- 289 с.
168. Флорен М.В. Организация управления доступом. // Защита
информации "Конфидент". - 1995. - N 5. - С.87-93.
169. Фомин Я.А., Тарловский Г.Р. Статистическая теория
распознавания образов. - М.: «Радио и связь», 1986.
170. Фролов Г. Тайны тайнописи. - М.: АО "Безопасность", 1992. -124 с.
171. Фу К. Структурные методы распознавания. / Пер. с англ.; под
ред. М.А .Айзермана. - М.: «Наука», 1977.
172. Фукуната К. Введение в статистическую теорию распознавания
образов. / Пер. с англ.; под ред. А.А. Дорофенюка. - М.: «Наука», 1979.
173. Хадсон Р. Инфракрасные системы. / Пер. с англ. - М.: Мир, 1972.
-534 с.
363^
174. Халяпин Д.Б., Ярочкин В.Н. Основы защиты информации. - М.:
ИПКИР, 1994.-127 с.
175. Хорев А.А. Методы и средства поиска электронных устройств
перехвата информации. - М.: МО РФ, 1998. - 224 с.
176. Хорст-Иоахим Хоффман, Франко Россо. Пиратство в
компьютерный век. // Мир ПК. - 1990. - N 1. - С.27-29.
177. Хоффман Л.Д. Современные методы защиты информации. - М.:
«Советское радио», 1980. - 264 с.
178. Цыпкин Я.З. Адаптация и обучение в автоматических системах. -
М.: «Наука», 1968.
179. Цыпкин Я.З. Основы теории обучающихся систем. - М.: «Наука»,
1970.
180. Чарльз Хант, Вахе Зартарьян. Разведка на службе вашего
предприятия. Информация - основа успеха. УКРЗАКОРДОНВИЗА СЕРВИС. -
Киев, 1992.-160 с.
181. Членов А.Н., Климов А.В. Зарубежные акустические извещатели
разрушения стекла. // Техника охраны. - 1995. - № 1. - С.41-43.
182. Шакиров Ф.А. Системы телевизионного наблюдения. - М.: НОУ
«Такир», 1998. - 56 с.
183. Шальнев А. Скандал на весь Вестминстер. Репортеры
предложили депутатам взятку. Трое тут же согласились. Известия. - 1994. - № 54.
184. Шахов А.В. Электронные взломщики - преступники под маской
романтиков. // Системы безопасности связи и телекоммуникаций. - 1997. -
№1.-С.88-89.
185. Шепитько Г.Е. Методика расчета среднего периода ложных
срабатываний охранных извещателей. - М.: ИЦ НИЦ "Охрана" ВНИИПО МВД
СССР, 1990.-12 с.
186. Шепитько Г.Е., Булахов Э.А. Методика оценки норм и
показателей помехозащищенности средств охранной сигнализации. -М.: НИЦ
"Охрана" ВНИИПО МВД РФ, 1992. - 30 с.
187. Шепитько Г.Е. Проблемы охранной безопасности объектов. - М.:
«Русское право», 1995. - 352 с.
188. Шеленцов Б.Н. Комбинированный извещатель "Сокол-Г. //
Техника охраны. - М.: НИЦ "Охрана" ВНИИПО МВД РФ. - 1994. - N1. - С.67-68.
189. Широков Ф.В. Компьютерное право в США. Технологии
электронных коммуникаций. - М. - 1991. -Т.2. - 100 с.
190. Шорин О.А., Пантикян Р.Т. Выбор структуры сигнала в
радиотехнической системе передачи тревожной сигнализации с множественным
доступом. // Материалы XXIII Международной конференции IT + SE96. - Гурзуф.
-Май 1996.-С.162-164.
191. Шумоподобные сигналы в системах передачи информации. / Под
ред. Пестрякова В.Б. - М.: «Советское радио», 1973.-424 с.
192. Щербаков А. Защита от копирования. - М.: «Эдэль», 1992. - 80 с.
193. Экономическая разведка и контрразведка. Практическое
пособие. - Новосибирск: МП "Динамит", 1994. - 413 с.
194. Ярочкин В.И., Халяпин Д.Б. Служба безопасности предприятия. -
М.: ИПКИР, 1993.
364
195. Ярочкин В.И. Технические каналы утечки информации (учебное
пособие). - М.: ИПКИР, 1994. - 106 с.
196. Ярочкин В.И. Служба безопасности коммерческого предприятия.
- М.: "Ось-89", 1995. -144 с.
197. Ярочкин В.И. Безопасность информационных систем. - М.: "Ось-
89", 1996.-320 с.
198. Ярочкин В.И., Шевцова Т.А. Словарь терминов и определений по
безопасности и защите информации. - М.: «Ось-89», 1996. - 48 с.
199. Ярочкин В.И. Коммерческая информация фирмы. - М.: "Ось-89",
1997.-160 с.
200. DACouper. Computer and Communication Security. Strategies for
the 1990. MCGRAW-HILL book Company. - 1989.
201. Datapro Reports on Information Security. -1992. - N 8. - P.101-107.
202. Defente & Security Electronics. - 1995. - № 10. - P.23-25.
203. Iclats Antivols. / The Catabogue for the Professionals of Security. -
Paris: Centre de Gros, 1995. - 107 p.
204. Journal of Systems Management. - 1992. - N 8. - P. 11-18.
205. J.Richard. Cigliootfi and Ronald Jason. Security Design for maximum
Prjfection Batterworths USA. - Boston, 1984. - 352 с
206. Telcom Report International. - 1995. - N 6. - P. 37-39.
365
Содержание
Предисловие 3
Глава 1. Основные положения системной концепции обеспечения
безопасности объектов. Вопросы категорирования объектов и
классификации нарушителей и технических средств охраны 8
1.1 .Исходные положения для разработки системной концепции
обеспечения безопасности объектов охраны 8
1.2. Системный подход - основа методологии разработки концепции
комплексного обеспечения безопасности объектов охраны 16
1.3. Общий подход к категорированию объектов охраны 25
1.4. «Модель» нарушителя, возможные пути и способы его
проникновения на охраняемый объект. Вопросы классификации
нарушителей и угроз информационной безопасности 28
1.5. Классификация технических средств охраны, их основные
тактико-технические характеристики и области применения 50
Выводы 86
Контрольные вопросы к гл. 1 88
Глава 2. Системы сбора, обработки, отображения
и документирования информации 90
2.1. Введение. ССОИ -аппаратно-программная система
обеспечения взаимодействия человека с КТС 90
2.2. Вопросы классификации ССОИ 95
2.3. Функции ССОИ в составе комплексов Тебе 112
2.4. Варианты структур построения ССОИ, их достоинства
и недостатки 123
Выводы 127
Контрольные вопросы к гл. 2 128
Глава 3. Радиоволновые и радиолучевые средства
обнаружения 130
3.1. Назначение, виды и основные характеристики радиоволновых
и радиолучевых средств обнаружения .-...130
3.2. Передатчик, антенная система и приемник как блок
формирования полезного сигнала 134
3.3. О двух подходах к построению РВСО 138
Выводы 147
Контрольные вопросы к гл. 3 148
Глава 4. Оптические средства обнаружения 149
4.1. Назначение, классификация и основные характеристики оптических
средств обнаружения 149
4.2. Активные оптические СО. Принцип действия,
особенности применения 154
4.3. Пассивные инфракрасные СО 158
Выводы 181
Контрольные вопросы к гл. 4 182
366
Глава 5. Сейсмические средства охранной сигнализации 184
5.1. Введение. Основные понятия и определения 184
5.2 Основы теории возбуждения и распространения
сейсмических волн 187
5.3. Помехи в ССО 194
5.4. Чувствительные элементы ССО 198
5.5. Рекомендации по закреплению знаний 199
Выводы 200
Контрольные вопросы к гл. 5 201
Глава 6. Магнитометрические средства обнаружения 202
6.1. Виды магнитометрических СО, принципы их действия 202
6.2. Основные характеристики МСО 205
6.3. Характерные помехи при применении МСО и способы
их компенсации 206
6.4. Особенности разработки и применения МС 208
6.5. Структурная схема МСО 210
6.6. Основы теории разработки магнитометрического средства
обнаружения (на примере феррозондов) 211
Выводы 222
Контрольные вопросы к гл 6 223
Глава 7. Комбинированные средства обнаружения 224
7.1. Назначение, виды и способы комбинирования средств
обнаружения 224
7.2. Формализация выбора различных вариантов комбинирования
средств обнаружения на одном рубеже охраны 228
7.3. Анализ возможностей улучшения характеристик
комбинированных средств обнаружения за счет совместной
обработки непрерывных сигналов 248
7.4. Основные задачи построения систем охранной сигнализации
с распознаванием образов 261
Выводы 266
Контрольные вопросы к гл. 7 26.6
Глава 8. Применение технических средств наблюдения
для контроля территории 268
8.1. Телевизионные камеры и устройства для их оснащения 268
8.2. Устройства передачи, коммутации и обработки видеосигналов .275
8.3. Классификации телевизионных систем видеоконтроля 283
8.4. Выбор средств видеоконтроля для оборудования объектов,
особенности их эксплуатации 288
Выводы 302
Контрольные вопросы к гл. 8 303
Глава 9. Системы и средства контроля доступа, особенности
их применения 304
9.1. Особенности построения систем контроля доступа 304
367_
9.2. Периферийное оборудование и носители информации систем
контроля доступа 316
9.3. Средства идентификации и аутентификации 319
9.4. Функциональные возможности систем контроля доступа 337
9.5. Рекомендации по выбору средств и систем контроля доступа 339
Выводы 346
Контрольные вопросы к гл. 9 347
Приложение 348
Перечень базовых дисциплин, на знании которых строится курс
«Основы теории создания, проблемы выбора и эффективного
применения систем и средств охранной сигнализации» 348
Базовые тематические направления (для разработки курсовых
и дипломных проектов) 349
Список сокращений 351
Список литературы 354