Технические средства обнаружения (ТСО) представляют собой устройства, предназначенные для выявления вторжения человека или другого нерегламентированного объекта в охраняемую зону. Для данных изделий окружающая среда со всем многообразием ее параметров и влияющих факторов является составной частью их информационного канала, в котором реализуется "процесс обнаружения". Поэтому качество ТСО в значительной мере определяется тем, в какой степени реализуемые ими алгоритмы и их электрические схемы способны учесть воздействующие внешние факторы или адаптироваться к ним в процессе функционирования. Еще одна особенность ТСО - нет возможности экспериментально проверить их основные эксплуатационные характеристики (вероятность обнаружения, наработки на ложное срабатывание, рабочие диапазоны температур и т.д.), вследствие чего потребитель вынужден полностью полагаться на значения данных характеристик, декларируемые изготовителем. В этих условиях особую важность приобретает вопрос о степени достоверности значений основных характеристик изделий данного типа, представленных в их эксплуатационной документации, в рекламно-информационных листках и другой технической документации.
Методы моделировия
Определение достоверных значений технических характеристик ТСО - процесс сложный, длительный и трудоемкий. Отсутствие строгих аналитических подходов к прогнозированию характеристик данных изделий требует обязательного проведения цикла исследовании, в ходе которых с максимальным приближением должны быть учтены реальные условия эксплуатации изделия. Исследования влияния факторов окружающей среды на процессы сигналообразования могут быть проведены в естественных условиях, а также методами математического и физического моделирования.
Математическое моделирование, несмотря на имеющиеся высокопроизводительные средства вычислительной техники, позволяет получить только предварительные оценки основных параметров ТСО. Это связано с отсутствием достаточно корректных теоретических методов решения задач для ближних, реактивных зон физических полей, располагающихся вдоль неоднородной земной поверхности. Физическое моделирование используется в тех случаях, когда может быть выполнено корректное масштабирование параметров процессов преобразований, например, при исследовании телевизионных, инфракрасных ТСО и т.п.
Ни математическое, ни физическое моделирование не в состоянии воспроизвести в полном объеме реальные условия эксплуатации, отражающие специфику применения ТСО. Этим объясняется достаточно длительный цикл разработки приборов данного класса и неизбежность выполнения большого объема исследований в натурных условиях на этапах разработки, когда закладываются основные технические решения и определяются алгоритмы функционирования.
Факторы, влияющие на периметровые ТСО
Технические средства обнаружения, эксплуатируемые внутри помещений, подвергаются воздействию небольшого числа внешних факторов (температура, влажность, электромагнитные поля и т.п.), значения которых изменяются в достаточно узких диапазонах. Схемотехнические решения подобных ТСО не отличаются особой сложностью, а условия их эксплуатации могут воспроизводиться без особых усилий как на стадии разработки, так и в процессе производства, при контроле параметров.
Определение достоверных оценок их основных эксплуатационных характеристик, таких как чувствительность, помехозащищенность (вероятность обнаружения, наработка на ложное срабатывание) и других, не требует значительных затрат времени и создания сложных испытательных комплексов. Разработка и тем более изготовление подобных изделий по силам даже небольшим фирмам, в том числе и не располагающим серьезной научно-производственной и испытательной базой. По этой причине на рынке существует значительное число ТСО для использования внутри помещений, изготовленных как отечественными, так и зарубежными компаниями. Нормируемые значения для условий применения подобных изделий мало зависят от того, в какой стране они изготовлены, поэтому зарубежная продукция с полным правом конкурирует на российском рынке с отечественной, выигрывая в дизайне, организации рекламной компании и проигрывая в стоимости.
Периметровые ТСО являются гораздо более сложными изделиями, поскольку они должны не только обеспечивать надежное и эффективное функционирование на открытом воздухе, но и быть в процессе эксплуатации устойчивыми к воздействию большого количества внешних влияющих факторов, значения которых изменяются в широких диапазонах. Таблица иллюстрирует потенциальную восприимчивость основных видов периметровых ТСО к некоторым видам внешних факторов.
Данные таблицы еще раз показывают, что создание современных эффективных периметровых ТСО невозможно без проведения всесторонних исследований влияния на их параметры различных внешних факторов. Сложность заключается в том, что факторы внешних воздействий - случайные нестационарные процессы, распределенные во времени и пространстве. Значительная их часть представляет собой сезонные природные явления, экстремальные значения которых существенно изменяются и в некоторые годы не достигают предельных величин, регламентированных для отечественных периметровых ТСО. По этой причине натурные испытания изделий данного типа могут растянуться на несколько лет.
Испытания периметровых ТСО
Выполнение полного объема исследований при разработке периметровых ТСО (вследствие их продолжительности, трудоемкости и сложности) могут позволить себе на практике только крупные предприятия, которые имеют в своем распоряжении испытательный полигон, комплект широкодиапазонной стандартизованной измерительной и регистрирующей аппаратуры, средства вычислительной техники и методические материалы, устанавливающие порядок выполнения испытаний и измерений характeристик данных изделий.
Чаще всего в распоряжении предприятий, работающих в области периметровых средств обнаружения, но не имеющих давних традиций их разработки, отсутствует испытательный полигон, поскольку для его создания требуется много времени и большие материальные затраты. Типовой испытательный полигон для периметровых ТСО имеет площадь порядка 10-20 га, причем на его территории приняты меры для предотвращения несанкционированных посещений посторонних. На полигоне создаются естественные условия, максимально приближенные к реальным условиям использования данных приборов. Должны существовать аттестованные испытательные трассы с нормированными параметрами, в том числе условно ровные участки и участки пересеченной местности с различными видами поверхности - земляной, каменистой, асфальтовой, бетонной и т.д., с разнообразными видами растительности - трава, кустарник (нормированной высоты), отдельно стоящие деревья. Испытательный полигон оснащается аттестованными заграждающими сооружениями различных типов из железобетона, кирпича, дерева, металлических решеток и сеток. Нормированные длины испытательных трасс и заграждений - до 500 м. Периметровые ТСО на испытательной трассе и сетчатом заграждении типового испытательного полигона представлены на рисунках ниже
Параметры метеоусловий во время испытаний должны измеряться и регистрироваться для оценки корреляции результатов исследований и параметров окружающей среды.
Персонал испытательного полигона, специальное измерительное и вычислительное оборудование располагаются в непосредственной близости от мест проведения испытаний в утепленном помещении.
Большая трудоемкость натурных испытаний влечет за собой увеличение стоимости периметровых ТСО, создаваемых предприятиями, выполняющими их в полном объеме. Небольшие фирмы в процессе разработки периметровых ТСО проводят ограниченный комплекс натурных испытаний, поэтому цены на их продукцию более низкие, однако регламентируемые значения параметров и характеристик изделий зачастую имеют недостаточную достоверность.
В современных условиях изготовитель периметровых ТСО должен обеспечить им высокое качество и сравнительно низкую стоимость. Поэтому к испытаниям периметровых ТСО, выполняемым при их серийном производстве, предъявляется требование высокого качества (достоверности) выполнения проверок при минимизации стоимости и продолжительности приемосдаточных испытаний. Противоречивость требований очевидна, также как очевидна необходимость их выполнения для обеспечения изделиям конкурентоспособности. Для разрешения данного противоречия необходимо обеспечить снижение трудоемкости и продолжительности проверок периметровых ТСО при сохранении или повышении их качества.
Физические Модели
Наиболее перспективный путь уменьшения объема и снижения трудоемкости натурных испытаний при проверке основных параметров, определяющих качество изделий, заключается в использовании методов моделирования параметров и условий взаимодействия периметровых ТСО с информационной средой.
Целесообразность использования физических моделей при определении вероятностей обнаружения и ложных тревог периметровых ТСО заложена в самой специфике подобных изделий. Поскольку у различных "целей" информативные параметры, используемые для обнаружения, имеют значительную случайную составляющую, достоверность результатов определения чувствительности и помехоустойчивости периметровых TCU с помощью реальных "целей", на параметры которых не наложено никаких ограничений, невысока. Регламентирование требований к параметрам используемой при натурных испытаниях "цели" позволяет получить так называемую "стандартную цель", в качестве которой обычно выступает человек, имеющий весогабаритные параметры и параметры одежды, соответствующие нормированным. Наряду с этим при натурных испытаниях периметровых ТСО могут быть использованы физические модели человека, животных и птиц, представляющие собой конструктивные элементы, обеспечивающие нормированные значения информативного параметра для проверяемого ТСО. Каждая из них характеризуется подобием моделируемому объекту только по основному информативному параметру, поэтому она применима лишь для испытаний ТСО, основанных на одном физическом принципе. Таким образом, модели данного типа позволяют в той или иной мере регламентировать параметры "цели", используемой при оценках параметров ТСО, то есть обеспечивают повышение достоверности и воспроизводимости результатов испытаний. Однако они не позволяют значительно уменьшить трудоемкость выполнения натурных исследований.
С точки зрения снижения затрат на приемосдаточные испытания представляется перспективным создание масштабированных физических моделей для проверки ТСО.
В частности, для радиолучевых двухпозиционных ТСО возможно создание устройств, осуществляющих масштабированное моделирование: затуханий в атмосфере, соответствующих граничным климатическим условиям, "цели", имитации животных и птиц (например, внесением дополнительного нормированного затухания между приемником и передатчиком). Для радиоволновых ТСО возможно масштабирование моделирования: линейной части ТСО (с учетом граничных значений основных влияющих факторов, таких как температура, "утечка" из-за повышенной влажности и др.), "цели", животных и птиц (например, путем внесения нормированной неоднородности или затухания в модель линейной части).
Такие модели позволяют проводить большую часть испытаний ТСО в помещении ОТК предприятия-изготовителя, но их использование не обеспечивает получения достаточно достоверных оценок чувствительности и помехоустойчивости проверяемых периметровых ТСО.
Моделирование электрических сигналов
Одним из перспективных направлений развития методов моделирования является использование при испытаниях ТСО моделирующих электрических сигналов, основанное на принципе жесткого раздельного нормирования и проверки параметров основных составных частей ТСО, приемника, передатчика и линейной части (для радиоволновых ТСО), электронного блока и сейсмолинии (для вибрационных и вибросейсмических ТСО).
В общем случае данные методы моделирования основываются на использовании библиотеки электрических сигналов, сформированной в ходе проведения натурных испытаний, или искусственно синтезированных электрических сигналов. В обоих случаях параметры используемых (моделирующих) электрических сигналов должны соответствовать действительным сигналам, присутствующим на контролируемых составных частях ТСО при худшем из реально возможных сочетаний условий эксплуатации (по параметрам окружающей среды и помеховым факторам). Очевидно, чем больше число внешних воздействующих факторов учтено при синтезе моделирующих электрических сигналов, тем выше достоверность получаемых с их помощью значений оцениваемых характеристик ТСО.
Данный подход, с успехом используемый при нахождении оценок чувствительности и помехозащищенности ТСО, предназначенных для эксплуатации внутри помещений, не позволяет в настоящее время получить достаточно достоверные оценки основных характеристик - вероятности обнаружения и наработки на ложное срабатывание для периметровых ТСО. Причина этого - сложность корректного учета при синтезировании моделирующих испытательных электрических сигналов предельных отклонений широкой номенклатуры факторов внешних воздействий и возможных предельных отклонений реальных параметров "цели" и "помехи".
Таким образом, специфика периметровых ТСО не позволяет полностью исключить натурные испытания из технологического процесса изготовления даже отработанных серийных изделий. Поэтому выпуск современных периметровых ТСО, обладающих надлежащим качеством, может осуществляться только предприятиями, имеющими в своем распоряжении испытательный центр с технически оснащенным полигоном для натурных испытаний и нормативные материалы, регламентирующие методики измерений и испытании параметров данных изделий. Если фирма, выпускающая периметровые ТСО, не имеет испытательного полигона и надлежащих методических материалов, то технические характеристики изделий, представляемые в их эксплуатационной документации, чаще всего не обладают требуемой достоверностью. И в этом случае потребитель подвергается необоснованному риску получить продукцию несоответствующего качества.