К средствам охранной сигнализации относятся:

• - охранные извещатели, т. е. технические средства обнаружения проникновения и формирования извещения о проникновении;
• - приемно-контрольные приборы, предназначенные для отображения состояния охранных извещателей и формирования сигнала тревоги;
• - оповещатели, предназначенные для оповещения людей на удалении от охраняемого объекта о проникновении или пожаре (звонки, ревуны, сирены, обычные или специальные электролампы);
• - шлейфы охранной сигнализации, т. е. электрические цепи, соединяющие выходные цепи охранных извещателей и предназначенные для выдачи на приемно-контрольные приборы извещений о проникновении и неисправности, а в некоторых случаях и для подачи электропитания на извещатели.

Совокупность охранных извещателей, объединенных одним шлейфом, называют рубежом охраны. Для обеспечения высокой надежности система охраны должна иметь как минимум три рубежа: 1‑й рубеж — устройства, системы и сооружения перед объектом; 2‑й рубеж — охрана здания, выявляющая проникновение внутрь него; 3‑й рубеж — охрана средств автоматизированной системы. Информация от всех датчиков должна обрабатываться совместно в центре безопасности. При срабатывании тревоги извещатели в рамках одного рубежа охраны обычно не различаются. В перспективных интегрированных системах охранной безопасности реализуются сетевые принципы построения и обеспечивается индивидуальная индикация состояния каждого датчика в общем шлейфе за счет кодового разделения каналов опроса состояний отдельных датчиков. Существуют системы охраны без специальной прокладки шлейфов с передачей данных от охранных извещателей по сети переменного тока в пределах одной подстанции. Выбор конкретного варианта построения системы охраны определяется методикой безопасности, принятой в данной системе защиты. Важнейшим элементом охранного извещателя является датчик, реагирующий на физическое воздействие нарушителя. Кроме датчика в состав охранного извещателя может входить устройство обработки сигналов, поступающих с датчика, и формирования сигналов тревоги и неисправности охранного извещателя.

Главное требование к охранным извещателям любого типа может быть сформулировано так: максимально возможная вероятность обнаружения, эксплуатационная и тактическая надежность в сочетании с минимальной вероятностью ложной тревоги. Вероятность ложных тревог определяет уровень доверия службы охраны к системе извещения о вторжении. Из теории обнаружения известно, что в однопороговых обнаружителях вероятность обнаружения и вероятность ложной тревоги определяются порогом срабатывания датчика, т. е. его чувствительностью. Повышение чувствительности одновременно с ростом вероятности правильного обнаружения вызывает и рост ложных тревог. Условия размещения охранного извещателя могут быть различны, в них предусматривается возможность регулировки чувствительности. В охранных извещателях с процессорной обработкой сигналов от датчиков реализуются двухпороговые алгоритмы последовательного наблюдения и плавающие пороги. Лучшие возможности по совершенствованию вероятностных показателей обеспечивают извещатели, оценивающие не один признак нарушителя, а несколько.

Существует множество различных охранных извещателей, различающихся по виду датчиков обнаружения нарушителя. По наличию создаваемого физического поля датчики охранных извещателей делятся на активные и пассивные. Активные датчики формируют излучение или физическое поле за пределами элементов охранного извещателя и реагируют на его изменение нарушителем. Пассивные датчики не формируют собственных излучений или физических полей, а в качестве чувствительных элементов реагируют на действия нарушителя в контролируемой зоне или на его собственные излучения.

По виду используемой энергии датчики могут быть разделены на электрические (электростатические, емкостные, электроконтактные и др.), магнитные (магнитоконтактные и др.), электромагнитные (радиотехнические и оптические), акустические (инфразвуковые, звуковые и ультразвуковые), вибрационные, механические (контактные).

По характеру контролируемой зоны (т. е. пространственной области чувствительности датчика) датчики делятся на линейные (барьерного типа), объемные, локальные. Локальные датчики, в свою очередь, бывают поверхностными для контроля разрушения стекол или некапитальных перегородок и точечными для контроля открывания запорных устройств.

По характеру решаемых задач и расположению датчики могут быть разделены на датчики охраны периметра, датчики для защиты от проникновения в охраняемые помещения и датчики для досмотра персонала и посетителей.

Датчики охраны периметра устанавливаются между внешним забором и охраняемым объектом. Между обнаруживающим заграждением и объектом устанавливается задерживающее ограждение, а в особых случаях — поражающее заграждение с оголенными проводниками под высоким напряжением.

В системах извещения о попытках вторжения на охраняемую территорию находят применение датчики нескольких типов.

В системах защиты периметра территории без ограды используются микроволновые, инфракрасные, емкостные и электрические датчики. С помощью датчиков первых двух типов формируется протяженная контрольная зона барьерного типа. Принцип действия систем с микроволновыми датчиками основывается на контроле интенсивности высокочастотного направленного излучения передатчика, которое воспринимается приемником. Срабатывание сигнализации тревоги происходит при прерывании этого направленного излучения. Ложные включения сигнализации могут быть обусловлены перемещением в контролируемой зоне животных, воздействием растительности, атмосферных осадков, передвижением транспортных средств, а также воздействием посторонних передатчиков.

Классификация датчиков охранных извещателей

При использовании инфракрасных систем извещения между передатчиком и приемником формируется монохроматическое световое излучение в невидимой области спектра. По периметру охраняемой территории пропускаются горизонтальные лучи инфракрасного излучения. Опоры с излучателями и приемниками устанавливаются на расстоянии до 100–150 м. Используют два-четыре луча, размещенные таким образом, чтобы через оптический барьер нельзя было перепрыгнуть, а также подползти под ним и пролезть между лучами. Срабатывание сигнализации тревоги происходит при прерывании одного или нескольких световых лучей. Ложные включения сигнализации могут быть обусловлены перемещением в контролируемой зоне животных, сильным туманом или снегопадом.

Принцип действия емкостного охранного извещателя основывается на формировании электростатического поля между параллельно расположенными, так называемыми передающими и воспринимающими проволочными элементами специального ограждения. Емкостные элементы представляют собой провода или полосы и размещаются по периметру объекта. Емкость между проводами будет прямо пропорциональна диэлектрической проницаемости среды между проводами. Появление нарушителя изменяет на ограниченном участке диэлектрическую проницаемость и изменяется емкость. Изменение емкости преобразуется в электрический сигнал. Ложные включения сигнализации могут быть обусловлены перемещением животных, воздействием растительности, обледенением элементов ограждения, атмосферными воздействиями или загрязнением изоляторов.

Электрические датчики базируются на использовании специального ограждения с токопроводящими проволочными элементами. Условием срабатывания сигнализации тревоги является регистрация изменений электрического сопротивления токопроводящих элементов при прикосновении к ним. Ложные включения сигнализации могут быть вызваны животными, растительностью или загрязнением изоляторов.

При наличии механической системы защиты территории (например, ограды, расположенной по периметру) находят применение системы оповещения с вибрационными датчиками, датчиками звука, распространяющегося по твердым телам, акустическими датчиками, электрическими переключателями и системы с электрическими проволочными петлями. Вибрационные датчики закрепляются на элементах ограды. Срабатывание сигнализации тревоги происходит при появлении на выходе датчиков сигналов, которые обусловлены вибрациями элементов ограды. Ложные включения сигнализации могут быть обусловлены сильным ветром, дождем или градом.

Датчики звука также устанавливаются непосредственно на элементы ограды и контролируют распространение по ним звуковых колебаний. Включение тревоги происходит при регистрации шумов прикосновения к элементам ограды. Ложные включения сигнализации могут быть обусловлены сильным ветром, дождем, градом или срывающимися с элементов ограды сосульками.

Датчики, работающие по принципу микрофона, контролируют звуковые колебания, передаваемые через воздушную среду. Срабатывание сигнала тревоги происходит при регистрации акустических сигналов, имеющих место при попытках перерезать проволочные элементы ограды. Ложные включения сигнализации могут быть обусловлены сильным ветром, дождем, градом, а также различными посторонними шумами.

Датчики с электрическими переключающимися элементами монтируются в ограду. Принцип действия этих систем основан на регистрации изменения состояний элементов, которое происходит при соответствующем изменении натяжения проволочных элементов или нагрузки на направляющие трубки ограды. Ложные включения сигнализации тревоги могут быть вызваны очень сильным ветром при недостаточном натяжении элементов ограды.

В системах извещения с чувствительными элементами в виде изолированных токопроводящих проволочных элементов срабатывание сигнализации тревоги происходит при перерезании или деформации проволочных элементов. Ложное включение сигнализации может произойти при возникновении неисправности в сети электропитания.

Примером системы оповещения, чувствительные элементы которой устанавливаются на ограде, может служить устройство, в состав которого входит датчик, представляющий собой кабель, который закрепляется на проволочной сетке ограды. Кабель подключен к электронному блоку, в котором осуществляется анализ поступающих с выхода датчика сигналов. Базовая модель устройства комплектуется кабелем длиной 300 м или 600 м. Кабельный датчик и электронный анализатор устройства обеспечивают регистрацию попыток проникновения через ограду или разрезания проволочной сетки. В схеме устройства имеется релейный выход для дистанционной передачи сигналов тревоги. В схеме анализатора применен счетчик импульсов, который может устанавливаться на девять различных положений. Кроме того, имеется схема временной задержки с четырехпозиционной регулировкой. Предусмотрена возможность регулировки чувствительности анализатора. Все меры позволяют оптимально настраивать устройство при различных условиях его эксплуатации, в результате чего обеспечивается высокая надежность обнаружения попыток вторжения на охраняемую территорию в сочетании с низкой интенсивностью ложных включений сигнализации.

Для контроля участков почвы по периметру охраняемой территории находят применение системы оповещения с сейсмическими датчиками, а также с датчиками давления. В системах первого типа регистрируются звуковые, сейсмографические колебания. Срабатывание сигнализации тревоги происходит при регистрации сотрясений почвы, например ударного шума. Данный метод защиты предполагает несколько разновидностей. Специальный кабель с сейсмическими датчиками, расположенными через определенное расстояние, закапывается по периметру охраняемой территории. В качестве датчиков могут использоваться пьезодатчики, волоконно- оптические световоды и т. п. При изменении давления на волоконнооптический световод, длина которого может достигать нескольких сотен метров, изменяется интерференционная картина излучения, что и приводит к появлению сигнала «тревога». Достоинством пьезодатчиков является информативность, так как анализироваться может не только амплитуда, но и форма импульсов. Появляется возможность идентификации нарушителя путем сравнения вектора признаков сейсмосигналов от пространственной матрицы датчиков с набором эталонов из базы данных. К недостаткам сейсмических датчиков относится чувствительность к внешним помехам. Ложные включения сигнализации могут быть обусловлены перемещением достаточно крупных животных, движением транспорта вблизи охраняемой территории.

В системах второго типа используются пневматические или емкостные датчики давления, позволяющие регистрировать изменения нагрузки на почву. Срабатывание сигнализации тревоги происходит при регистрации роста давления, например ударного. Ложные включения сигнализации возможны из-за перемещений достаточно крупных животных, разгерметизации пневматических датчиков или коррозии.

Для контроля участков охраняемой территории разработана система оповещения, датчики которой состоят из двух полых тел с избыточным давлением, соединенных между собой через преобразователь разности давлений. При возникновении

незначительной разницы давлений в этих телах в преобразователе срабатывает контакт, через который может коммутироваться цепь включения сигнализации тревоги. При использовании датчика просто локализовать участок, на котором сработал чувствительный элемент. Преобразователь оснащен устройством автоматического восстановления нулевой точки, что исключает срабатывание контакта при медленных изменениях давления, которые могут быть обусловлены возмущающими воздействиями, например колебаниями температуры. Датчик также нечувствителен к колебаниям и вибрациям, обусловленным движением автомобильного или

железнодорожного транспорта. Чувствительная часть рассматриваемого устройства конструктивно выполнена в виде набора специальных ковриков, каждый из которых имеет длину 3, ширину 0,5, а толщину 0,15 м. Каждый коврик состоит из системы шлангов с небольшим избыточным давлением, которые расположены между двумя прочными плитами. Все конструктивные элементы коврика находятся в специальной оболочке, которая обеспечивает их надежную защиту от воздействия окружающей среды. Соединение системы шлангов осуществляется через преобразователь разности давления. Чувствительные коврики могут устанавливаться под слоем гравия, дерна или под плитами пешеходных дорожек. Срабатывание контактов в преобразователях происходит при изменении нагрузки не менее чем на 30 кг. Таким образом, система оповещения не реагирует на перемещение мелких животных по контролируемому участку территории. Предварительная нагрузка за счет маскировочного покрытия ковриков может достигать 250 кг/м², не оказывая при этом влияния на их чувствительность.

Для контроля периметра охраняемой территории между оградами могут применяться системы оповещения с высокочастотными или магнитными кабельными датчиками. Принцип действия систем извещения первого типа основан на формировании электромагнитного поля между кабелем-излучателем и кабелем- приемником. Срабатывание сигнализации тревоги происходит при регистрации изменений электромагнитного поля, обусловленных появлением перемещающихся объектов в зоне действия кабельных датчиков. Ложное включение сигнализации может происходить из-за перемещений животных.

Принцип действия систем второго типа предполагает контроль параметров магнитного поля. Срабатывание сигнализации происходит при регистрации искажений магнитного поля, которые обусловлены появлением в зоне действия кабельных датчиков предметов из ферромагнитного материала. Ложное включение сигнализации может иметь место из-за изменений характеристик почвы, обусловленных, например, продолжительным дождем.

Современные образцы систем оповещения с высокочастотными кабельными датчиками используют два коаксиальных кабеля, которые подключаются к источнику высокочастотного напряжения. Кабели закладываются на глубину от 20 до 30 см, расстояние между ними составляет 2–3 м. В пространстве вокруг кабелей действует электромагнитное поле, при пересечении которого человеком возникают искажения, регистрируемые специальной электронной аппаратурой системы. Зона обнаружения кабельных датчиков в поперечном разрезе представляет собой эллипс, больший диаметр которого расположен горизонтально и равен 3–4 м, а меньший расположен вертикально и составляет 2–3,6 м.

Описание перечисленных выше систем извещения о пересечении охраняемого периметра показывает, что идеальной системы для всех объектов не существует.

Датчики для защиты от проникновения в охраняемые помещения могут быть разделены на объемные и локальные.

Объемные датчики устанавливаются на стенах или на потолке охраняемых помещений и формируют зону обнаружения в виде сектора или круга соответственно. Используются активные радиотехнические и ультразвуковые доплеровские датчики, пассивные инфракрасные, акустические и вибрационные датчики.

При работе доплеровских датчиков обнаружению подлежит проявление активности нарушителя. При приближении нарушителя к датчику доплеровский сдвиг увеличивает частоту отраженного сигнала, а при удалении — уменьшает. В ультразвуковых доплеровских датчиках диапазон контролируемых скоростей передвижения нарушителей выбирают 0,3–2 м/с, что соответствует доплеровским сдвигам частоты 53–350 Гц при частотах излучения 28–35 кГц. Снижение минимальной контролируемой скорости передвижения ограничено турбулентностью атмосферы, которая приводит к наибольшим амплитудам естественных помех при приеме ультразвуковых сигналов в диапазоне доплеровских частот 20–30 Гц.

Радиотехнические доплеровские датчики с несущей частотой

10,5 ГГц (длина волны около Зсм) эффективно контролируют скорости движения человека 0,3–3 м/с, что соответствует доплеровскому сдвигу частоты 20–200 Гц. В датчиках с частотой излучения 30 ГГц (длина волны 1см) диапазон контролируемых скоростей движения нарушителя может быть расширен в нижней границе до 0,1 м/с.

Пассивные инфракрасные извещатели являются одним из наиболее распространенных видов объемных извещателей. Принцип их работы основан на регистрации собственного инфракрасного (теплового) излучения от объектов, находящихся в охраняемой зоне. Инфракрасное излучение с помощью оптической системы фокусируется на чувствительном элементе, который преобразует это излучение в электрический сигнал. Один датчик такого типа может контролировать площадь до сотен квадратных метров.

Оптическая система пассивного инфракрасного извещателя состоит из линзы Френеля, выполненной из специального пластика непрозрачного в видимой части оптического диапазона, и может дополняться (или заменяться) специальными зеркалами. Диапазон спектральной чувствительности датчика определяется материалом линзы, наличием специального покрытия на зеркальных элементах и характеристиками полупроводникового чувствительного элемента.

Оптическая система формирует диаграмму направленности извещателя, которая определяет форму и размер контролируемой зоны. При этом создается барьер в вертикальной плоскости и в сочетании с узкой диаграммой в горизонтальной плоскости может использоваться для защиты полосы вдоль окон или проходов к группе охраняемых предметов. Такой датчик будет эффективно реагировать на движение нарушителя, пересекающего данный барьер чувствительного элемента.

При движении нарушителя вдоль луча сигнал на выходе чувствительного элемента будет изменяться медленно, только за счет изменения интенсивности излучения, вызванного изменением дальности до нарушителя. Вероятность обнаружения нарушителя будет ниже.

Лучшие свойства по обнаружению нарушителя и снижению вероятности ложной тревоги обеспечивают датчики с двумя чувствительными элементами, смещенными относительно оптической оси системы. При этом формируются две диаграммы направленности, развернутые друг относительно друга. Таким образом, нарушитель попадает в зону чувствительности то одного чувствительного элемента, то другого. Формирование сигнала тревоги происходит при наличии в течение времени от 4 до 15с пары импульсов (не менее одного от каждого чувствительного элемента). Это повышает вероятность правильного обнаружения нарушителя, так как изменения теплового фона и вариации распределения температур на неподвижных объектах в помещении не вызывают подобных последовательностей сигналов от пары чувствительных элементов.

Другим направлением снижения вероятности ложной тревоги является совершенствование алгоритма обработки сигналов с выходов чувствительных элементов извещателя. Используются адаптивное изменение порогов срабатывания и увеличение времени подсчета импульсов (накопление). Применяемые для этого микропроцессоры устанавливаются непосредственно в корпусе датчика.

Перспективным направлением снижения вероятности ложных тревог является использование комбинированных извещателей. Основная идея заключается в следующем. На извещатель, использующий тот или иной физический принцип обнаружения, влияют вполне определенные дестабилизирующие факторы. Применение в одном охранном извещателе нескольких одинаковых датчиков не устраняет проблемы, так как на них влияют одни и те же факторы. Поэтому необходимо комбинировать датчики с различными дестабилизирующими факторами и осуществлять контроль правильности срабатывания одного датчика с помощью другого.

Наиболее распространен вариант совмещения пассивного инфракрасного датчика с радиотехническим доплеровским датчиком или с ультразвуковым доплеровским датчиком. В табл. 1 отмечены основные факторы, приводящие к ложным срабатываниям датчиков. Совмещенный охранный извещатель (ОИ) использует логическую обработку по схеме «И», т. е. для принятия решения о вторжении его должны зарегистрировать оба датчика.

Для повышения вероятности правильного обнаружения нарушителя совмещенным ОИ повышается чувствительность каждого из датчиков. Зоны действия обоих датчиков должны совпадать.

Основные факторы, приводящие к ложным срабатываниям датчиков

ПИК — пассивный инфракрасный извещатель; РТД — радиотехнический доплеровский извещатель.

Локальные датчики предназначены для контроля состояния элементов ограждающих конструкций.

Часто для контроля закрытого состояния таких элементов, как окна и двери, используются разнообразные контактные датчики. Обычные электрические контакты являются наиболее простыми, но и наименее надежными средствами. Их принцип действия основан на выдаче сигнала тревоги вследствие замыкания (обрыва) чувствительного элемента, в качестве которого используются электрический провод, окружающий объект, либо контакты, установленные на оконных рамах или дверных проемах. Более надежны магнитоконтактные датчики, основные элементы которых — геркон (контакты, управляемые магнитным полем) и постоянный магнит.

Для контроля целостности стеклянных поверхностей, а также тонкостенных строительных перегородок, некапитальных стен и т. п. используют: омические датчики (алюминиевая фольга толщиной 0,01- 0,03 мм и шириной 6–10 мм для стекол и медный провод сечением 0,2 мм² для перегородок и стен); контактные герконовые датчики с магнитом на инерционной пластине, реагирующие на удар; пьезоэлектрические датчики, формирующие при разрушении преграды импульсный сигнал длительностью 5–8 мс и амплитудой около 20 мВ. В случаях значительного количества стеклянных окон или дверей более эффективна установка одного акустического датчика разбивания стекла на все помещение.

Для снижения вероятности ложных тревог от посторонних шумов в акустических и пьезоэлектрических датчиках используется спектральный анализ и временная обработка принимаемых акустических шумов. Установлено, что амплитудный спектр звука при разрушении стекла имеет два ярко выраженных максимума. В первый момент при ударе по стеклу оно деформируется, что вызывает низкочастотные (от 1 до 5 кГц) звуковые колебания. Когда величина деформации достигает определенного размера, происходит механическое разрушение стекла. Оно сопровождается акустическими колебаниями высоких частот (около 10 кГц). В современных датчиках разбивания стекла регистрируется определенная последовательность акустических колебаний, соответствующих сначала изгибу стекла, а затем его разрушению. Этот принцип позволяет существенно уменьшить число ложных срабатываний, которые могут быть вызваны звуковыми колебаниями другой природы происхождения.

Датчики охраны периметра и помещений часто дополняются телевизионной системой наблюдения, которая обеспечивает обзор либо границы охраняемого участка, либо всего участка и помещений.

Датчики для досмотра персонала и посетителей на предмет вноса (выноса) запрещенных предметов предназначены для защиты материальных ценностей и носителей охраняемой информации и для недопущения проноса на территорию охраняемого объекта опасных предметов.

Подобные датчики используются для защиты компактных материальных ценностей и носителей охраняемой информации в виде дискет, документов, книг, руководств и т. д., когда несанкционированный вынос таких предметов представляет собой опасность как утечка или утрата информации. Особенно актуально применение таких датчиков в тех ситуациях, когда организация надежного досмотра затруднена и часто просто невозможна по морально-этическим соображениям.

Используются магнитные детекторы металлических предметов, встраиваемые в дверные проемы, и специальные наклейки из фольги или другого магнитного материала. Эта установка выдает сигнал тревоги при любой попытке вынести за пределы помещения предмет с наклейкой. Важно, что ни тело человека, ни другие объекты не экранируют наклейку. Недостатками систем с магнитными метками являются возможность ложного срабатывания от металлических предметов, малая чувствительность и значительные габариты.

Более перспективными считаются системы с радиотехническими метками. Пассивная метка содержит нелинейное устройство в виде полупроводникового диода, нагруженного на металлический печатный вибратор, выполняющий функции приемопередающей антенны. При использовании в дверном проеме двухчастотного сигнала приемное устройство тревожной сигнализации может настраиваться на частоту, равную сумме двух частот передатчиков. Данная частота формируется за счет нелинейности диода, переизлучающего сигналы с частотами, равными линейным комбинациям частот, падающих на метку сигналов. Частота принимаемого сигнала оказывается неравной вторым гармоникам излучаемых колебаний, что создает благоприятные условия фильтрации нежелательных излучений передатчиков. В России разработано устройство контроля зоны шириной до 1,5 м с частотами излучения около 2,5 ГГц.

Суммарная мощность передатчиков 200 мВт приводит к значениям плотности потока электромагнитной энергии в зоне контроля на порядок ниже гигиенического норматива безопасности даже для круглосуточного пребывания персонала рядом с передатчиком.

В некоторых случаях для предотвращения скрытого проноса на объект запрещенных предметов могут применяться детекторы металла для обнаружения холодного и огнестрельного оружия, газоанализаторы выявления взрывчатых веществ и рентгеновские установки.