close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

267.Спецтехника и связь №1 2011

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Учредитель – Российский
новый университет
СОДЕРЖАНИЕ
РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ
ВОЛКОВ В.Г.
Тепловизионные приборы для спецтехники.
2
Смелков В.М.
Устройство ПЗС-телекамеры с новшеством
по расширению динамического диапазона.
11
Духан Е.И., Захаркин Г.Ф., Звежинский С.С.
Комплекс для исследования кабельных радиоволновых
средств обнаружения.
18
Гриненко В.А.
Общий подход к описанию параметров модели нарушителя. 22
Николаев А.В.
Влияние укрывающей среды на глубину зондирования
в нелинейно-параметрической локации.
РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ
26
Щербаков Г.Н., Николаев А.В., Прохоркин А.Г.,
Усманов Р.И., Шлыков Ю.А.
Исследование рассеивающих свойств нелинейного
биконического отражателя – физической модели
боеприпаса с электронными устройствами.
33
Дворянкин С.В., Мишуков А.А.
Сепарация и маскировка речевых сообщений в
многоканальных системах конфиденциальной
голосовой связи.
40
Минаев В.А., Фаддеев А.О., Данилов Р.М.
Математическое моделирование рисков геодинамического
происхождения.
48
Отарашвили З.А.
Алгоритмы снижения количества преступлений
при ограниченных ресурсах.
Зернов В.А., д.т.н., профессор
Бугаев А.С., академик РАН
Гуляев Ю.В., академик РАН
Никитов С.А., чл.-корр. РАН
Андрюшин О.Ф., д.т.н., профессор
Волков В.Г., д.т.н.
Дворянкин С.В., д.т.н., профессор
Звежинский С.С., д.т.н., профессор
Крюковский А.С., д.ф.-м.н.,
профессор
Лукин Д.С., д.ф.-м.н., профессор
Минаев В.А., д.т.н., профессор
Палкин Е.А., к.ф.-м.н.
Филипповский В.В., к.т.н.
Черная Г.Г. 53
Журнал входит в «Перечень российских рецензируемых научных журналов,
в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций
на соискание учeных степеней доктора и кандидата наук»
Высшей аттестационной комиссии Министерства образования и науки РФ.
Рукописи, принимаемые к публикации, проходят научное рецензирование.
Мнение редакции не всегда совпадает с точкой зрения автора.
Редакция не несет ответственности за достоверность сведений, содержащихся
в рекламе. Перепечатка материалов из журнала допускается только
с письменного разрешения редакции.
В этом случае статья должна сопровождаться ссылкой на журнал
«Спецтехника и связь».
Главный редактор – Черная Г.Г.
Научный редактор – Дворянкин С.В.
Научный консультант –
Растягаев Д.В., к.ф.-м.н.
Графика – Абрамов К.Е.
Распространение – Михеев Б.Ю.
Издатель
ООО «Спецтехника и связь»
Адрес редакции
111024 Москва,
ул. Авиамоторная, 55, кор. 31
Тел./факс: +7 (495) 544-4164,
тел.: +7(963) 636-8984
e-mail: rid@rosnou.ru
e-mail: galina_chernaya@bk.ru
http://www.st-s.su
ISSN 2075-7298
Индекс в каталоге
Агентства «Роспечать» 80636
Дизайн, верстка –
Фащевская И.А.
Отпечатано в ООО «Астра Пресс»
105484 Москва, 16-я Парковая, д. 27
тел.: (495) 926-1572
Тираж 2000 экз.
Журнал зарегистрирован
Федеральной службой
по надзору в сфере связи
и массовых коммуникаций.
Свидетельство о регистрации
ПИ № ФС77-32855
от 15 августа 2008 г.
© НОУ ВПО РосНОУ 2011 г.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ВОЛКОВ Виктор Генрихович,
доктор технических наук
ТЕПЛОВИЗИОННЫЕ ПРИБОРЫ
ДЛЯ СПЕЦТЕХНИКИ
В статье дан обзор современных тепловизионных приборов и основные направления их использования.
Ключевые слова: тепловизор, термограф
The review of modern thermovision devices and the basic directions of their use is given.
Keywords: thermovision camera, thermograph
В
работах [1 – 7] рассмотрены тепловизионные (ТПВ) приборы наблюдения, прицеливания, вождения
транспортных средств. Однако этими
направлениями не ограничивается
применение ТПВ-приборов, и здесь
нет необходимости останавливаться на них еще раз. Рассмотрим более
широко иные применения и разберем
типичные направления использования
ТПВ-приборов в спецтехнике. Это −
системы:
♦♦ безопасности и охраны;
♦♦ досмотра;
♦♦ идентификации личности;
♦♦ распознавания номеров транспортных средств и контроля за их движением;
♦♦ медицины;
♦♦ криминалистики;
♦♦ неразрушающего контроля;
♦♦ промышленного контроля в сложных и экстремальных условиях;
♦♦ подводного видения;
♦♦ обеспечения работы подводных, наземных и воздушных роботизированных устройств;
♦♦ мониторинга местности;
♦♦ навигации;
1
2
♦♦ обнаружения пострадавших;
♦♦ вождения транспортных средств;
♦♦ видеоконференцсвязи;
♦♦ прицеливания;
♦♦ наблюдения и разведки.
Для обеспечения охраны может быть
использован ТПВ-прибор ТИТАН
российской фирмы «Пергам» [8]. Он
предназначен для включения в сети
охранного телевидения и работает в
неблагоприятных условиях воздействия окружающей среды. Он работоспособен в абсолютной темноте,
засветке от осветительных приборов,
в условиях тумана, дождя, снегопада и
дыма. ТПВ-прибор легко встраивается
в существующие или новые системы
видеонаблюдения, обладает стандартными интерфейсами для подключения
к аппаратуре передачи видеосигнала.
Прибор выполнен на базе микроболометрической матрицы 320×240 пикселей, работает в области спектра 7,5
− 13,5 мкм, имеет чувствительность
0,035° С, угол поля зрения (на выбор)
46×35, 36×27°, 23×17°, 14×10°, напряжение питания =9 − 18 В, энергопотребление 17,5 Вт, рабочий диапазон
температур от −65 до +55° С (опцио-
– ФГУП «Альфа», ведущий научный сотрудник.
нально от −80 до +55° С), массу 3,3 кг,
габариты 370×114×105 мм. Внешний
вид прибора дан на фото 1. На фото
2а показана растительность, наблюдаемая в ТВ-камеру день/ночь − ничего
подозрительного не обнаруживается.
На фото 2б показано изображение
той же растительности, полученное в
ТПВ-прибор ТИТАН − отчетливо видна спрятавшаяся в зелени фигура человека. С помощью прибора ТИТАН
Фото 1. Тепловизор ТИТАН
(«Пергам», Россия)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
обзор
Фото 2. Наблюдение изображения в высокочувствительную ТВ-камеру
день/ночь (а), в тепловизор ТИТАН (б)
можно проверить уровень жидкости
в железнодорожных цистернах и увидеть, если из цистерны похищена часть
жидкости, а также наблюдать не видимые невооруженным глазом фигуры
людей в полной темноте. Эффективность применения ТПВ-прибора для
целей охраны очевидна [8].
В охранных технологиях может
быть использован и портативный
ТПВ-прибор, в частности такой, как
«СЫЧ-3» производства ЦНИИ «Циклон» (фото 3) [9]. Он обеспечивает
круглосуточное наблюдение в разнообразных метеоусловиях и при
воздействии световых помех. ТПВприбор выполнен на базе микроболометрической матрицы (384×288
пикселей), работает в области спектра 8 – 12 мкм, имеет минимальную
разрешаемую разность температур
менее 100 мК, время выхода на режим
менее 30 с (при +25° С). Дальность
обнаружения человека составляет
1,1 км (при угле поля зрения 11×8,2°),
1,6 км (7,7×5,8°), минимальное расстояние наблюдения 50 м, напряжение
питания 7,2 В, рабочую температуру
от −20 до +50° С (для штатного аккумулятора), от −30 до +50° С (для внешнего источника питания), габариты
204×142×86 мм (для объектива с фокусным расстоянием 70 мм), 236×154×116
мм (для объектива с фокусным расстоянием 100 мм).
В целях охраны границ и контролируемых территорий целесообразно применение ТПВ-приборов для работы в
пределах угла поля зрения 180°. Здесь
может быть использован, например,
ТПВ-прибор Thermo® WideEye™ фирмы «Пергам» (фото 4) [10]. Установка
двух таких ТПВ-приборов позволяет
осуществить просмотр по горизонту в
пределах 360°. Угол поля зрения ТПВприбора составляет 180° (гор.) и 38°
(верт.) В приборе использована микроболометрическая матрица фотоприемников с числом пикселей 640×120 при
размере пикселя 38 мкм и при рабочей
области спектра 7,5 − 13,5 мкм. Дальность обнаружения человека − 150 м,
автомобиля − 200 м. Масса прибора
3,5 кг, габариты − 216×178×140 мм, напряжение питания =11−36 В при энергопотреблении 30 Вт или от ~10,5−28 В,
60 Гц, ~120 В, диапазон рабочих температур от −4 до +55° С [10]. Простой
интерфейс для связи с персональным
компьютером позволяет получить
панорамное изображение местнос-
Фото 3. Портативный тепловизор
«СЫЧ-3»
Фото 4. Тепловизор со
сверхшироким полем зрения Thermo®
WideEye™(«Пергам», Россия)
Рис. 1. Изображение в широком поле зрения, полученное с помощью
Thermo® WideEye™
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2011
Фото 5. Портативный ударопрочный тепловизор
Thermovision® FlashSight™(«Пергам», Россия)
ти (рис. 1) и избирательно увеличить
изображение ее наиболее важных
участков. Для работы в составе сети
используется соединение Ethernet.
Для охранных подразделений и для
проведения
антитеррористических
операций может быть использован
портативный ударопрочный тепловизор Thermovision® FlashSight™ фирмы
«Пергам» (Фото 5) [11]. ТПВ-прибор
выполнен на базе микроболометрической матрицы фотоприемников и работает в области спектра 7,5 − 13 мкм.
Угол поля зрения прибора 13,5×9,9° или
8,3×6,3°, диапазон фокусировки 1 м − ∞,
масса 0,86 кг, габариты 254×96,8×71,6
мм, напряжение питания =5 − 9 В,
энергопотребление менее 10 Вт, диапазон рабочих температур от −40 до
+55° С.
Для служб охраны и скрытного наблюдения может быть использован ТПВприбор Thermovision® Micron™ (фото
6) [12]. ТПВ-прибор выполнен на базе
микроболометрической матрицы фотоприемников (160×120 пикселей при
размере пикселя 51×51 мкм) имеет
NETD = 0,04 − 0,085 мК и работает в
области спектра 7,5 − 13 мкм. В зависимости от вида объектива угол поля
зрения прибора может составлять
от 40×30° до 15×11°, масса 0,12 кг (без
объектива), габариты 24×36,3×48,3 мм,
энергопотребление менее 1,5 В.
4
Фото 7. Многоканальная
система DANOS
(Pyser-SGi Ltd., Великобритания)
Фото 6. Тепловизор Thermovision®
Micron™ («Пергам», Россия)
Фото 8. Мультисенсорная
система наблюдения
Thermovision® («Пергам», Россия)
Для круглосуточной и всепогодной
эффективной охраны и контроля границ используются многоканальные
приборы ночного видения (ПНВ), в
которых отдельные каналы взаимно
дополняют друг друга. В частности,
модель DANOS фирмы Pyser-SGi Ltd.
(Великобритания) (фото 7) [13]. Прибор состоит из 3-х каналов: дневного
цветного ТВ-, ночного черно-белого
ТВ- и ТПВ-канала. Дневной ТВ-канал
имеет поле зрения, изменяемое в пределах 21 − 1° (гор.) и 15 − 0,75° (верт.),
ночной ТВ-канал 41 − 2°(гор.) и 30 − 1,5°
(верт.), ТПВ-канал – 12; 9; 6° (гор.) и 9;
6,75; 4,5° (верт.). Напряжение питания
прибора =12 В или ~220 − 240 В, угол
обзора по горизонту 360° со скоростью
0 − 20град/с, диапазон рабочих температур от −20 до +50° С.
Отечественная модель многоканального прибора Thermovision® 2000/3000
MS (фото 8) [14] для стационарной и
мобильной охраны состоит из ТПВ- и
дневного цветного ТВ-канала. ТПВ-канал модификации 2000 MS выполнен на
базе фотодетекторов QWIP с FPA-матрицей 320×240, работает в области спектра 8,2 − 9,2 мкм, имеет мгновенное поле
зрения 0,054; 0,33; 1,37 мрад., угол поля
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
обзор
Рис. 2. Многоканальная тепловизионная система «Витязь» для сверхдальнего наблюдения («Пергам», Россия)
зрения соответственно 25×19; 6×4,5;
0,99×0,74°, температурную чувствительность 0,03°, дальность обнаружения
танка более 17 км. ТПВ-канал модификации 3000 MS имеет матрицу 640×480,
мгновенное поле зрения 0,035; 0,21; 0,9
мрад., угол поля зрения соответственно
25×19; 7,8×5,8; 1,3×0,96°, дальность обнаружения танка более 20 км. ТВ-канал с
увеличением оптическим 25× и цифровым 12× имеет в цветном режиме чувствительность 3 лк, в черно-белом режиме − 0,02 лк. Масса комплекса 25 кг,
напряжение питания =18−35 В, энергопотребление 30 Вт (140 Вт с подогревом), рабочий диапазон температур
от −32 до +55° С. Имеется поворотное
устройство, обеспечивающее просмотр
по горизонту 360° и по углу места цели
в пределах ±40° со скоростью 0,03 − 70
и соответственно 0,03 − 20 град./с. Имеется лазерный дальномер с длиной волны 1,54 мкм и дальностью действия до
20 км, а также встроенный цифровой
сигнальный процессор. Сетевая система охраны ThermoVision®Security™ HD
(фото 9) [15] содержит ТПВ- и дневной
ТВ-канал. ТПВ-канал на базе матрицы
микроболометров работает в области
спектра 7,5 − 13 мкм, имеет угол поля
зрения 23×9° или 14×5°, дневная ТВ-камера имеет угол поля зрения 45×2°, опти-
Фото 9. Тепловизионная система
с камерами высокой разрешающей
способности для служб охраны
ThermoVision®Security™ HD
(«Пергам», Россия)
ческое увеличение 25× и цифровое увеличение 12×. Угол обзора по горизонту
±200°, по вертикали ±60°, напряжение
питания =12 − 24 В, энергопотребление
менее 25 Вт без подогрева, масса менее
4,6 кг, ЖК-монитор имеет диагональ
140 мм, диапазон рабочих температур
от −32 до +55° С.
Для охраны границ и обширных территорий может быть использована сетевая
многоканальная система «Витязь» (рис.
2) [16] круглосуточного и всепогодного
действия, состоящая из дневного ТВ-,
ТПВ-, лазерно-дальномерного каналов,
а также цифрового магнитного компа-
са и системы GPS. ТПВ-канал на базе
фотоприемной матрицы InSb (640×480
пикселей) работает в области спектра 3
− 5 мкм, имеет поле зрения от 1,5×1,1° до
18,8×14,1°, разрешение 0,041 мрад или
от 0,75×0,56 до 9,4×7,0°, разрешение 0,02
мрад, температурную чувствительность
20 мК. Лазерный дальномер работает
на длине волны 1,54 мкм на дальностях
0,08 − 20 км. Масса ТПВ- и ТВ-каналов
23 − 25 кг, напряжение питания =18 − 25
В, энергопотребление 35 Вт (140 Вт с подогревом), рабочий диапазон температур от −32 до +55° С.
ТПВ-приборы для проведения поисково-спасательных работ в условиях
запыления и задымления, а также для
обнаружения скрытых очагов пожара
и досмотра должны иметь портативное
исполнение. Такова удерживаемая в
руках ТПВ-камера спасателя «Чеглок»
[17] и наголовный ТПВ-прибор спасателя «Сип» [18] производства ЦНИИ
«Циклон». Они имеют идентичные
параметры: выполнены на микроболометрической матрице (160×120 пикселей), работают в области спектра 8 −
12 мкм, имеют минимально разрешаемую разность температур (МРТ) менее
50 мК, угол поля зрения (в зависимости
от фокусного расстояния объектива) от
50×37 до 11×8°, диапазон рабочих тем-
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2011
Фото 10. Неохлаждаемые поисково-наблюдательные тепловизоры ЗАО НИИИН МНПО «Спектр»:
а – «Катран-2»; б – «Катран-3»; в – Х-200ХР; г − «Спрут»
ператур от −20 до +65° С. Наголовный
ТПВ-модуль «Ракурс-П» [19] выполнен
на базе микроблометров (320×240),
имеет рабочую область сепктра 8 − 12
мкм, угол поля зрения 15×20°, МРТ 80
мК, массу 2 кг, габариты ∅75×155 мм.
Поисково-наблюдательный ТПВ-прибор «Катран-2» [20, 21] (фото 10а) имеет угол поля зрения 11×8°, МРТ 60 мК,
дальность обнаружения человека не
менее 0,5 км, массу не более 0,5 кг, габариты 120×98×51 мм, остальные параметры сходны с приборами «Чеглок» и
«Сип». ТПВ-прибор «Катран-3» [20, 21]
(фото 10б) при числе пикселей 320×240
и угле поля зрения 12×9° имеет МРТ 50
мК, дальность обнаружения человека
не менее 1 км при массе не более 1,2 кг
и габаритах 170×120×70 мм. ТПВ-прибор Х-200ХР [19, 20] (фото 10в) при
числе пикселей 160×120 и угле поля зрения 12×9° имеет МРК 60 мК, дальность
обнаружения человека 0,45 км при
массе не более 0,4 кг и габаритах
134×114×51 мм. ТПВ-прибор «Спрут»
[20, 21] (фото 10г) при числе пикселей
320×240 , том же угле поля зрения МРТ
50 мК имеет дальность обнаружения
6
человека 1 км, массу 1,2 кг и габариты
180×140×71 мм. Прибор имеет дополнительный лазерный канал, позволяющий обнаружить по бликам оптические
и оптико-электронные прицелы снайпера. Поле зрения этого канала 12×9°,
область сканирования 12×3°, дальность
обнаружения прицела ПО 4×34 до
0,4 км. Этот канал обеспечивает применение прибора для проведения антитеррористических операций.
Для поиска пострадавших может быть
использован также теплообнаружитель (ТПО) (теплопеленгатор) производства Ростовского оптико-механического завода (РОМЗ) [22] (фото 11),
входящий в состав наголовного ПНВ.
ТПО имеет рабочую длину волны 3 − 5
мкм, угол поля зрения 1°, массу 0,4 кг,
габариты 139×72,2×48 мм, напряжение
питания =1,5 В, время непрерывной
работы 7 ч. Обнаружение теплоизлучающего объекта отображается светодиодом синего цвета.
ТПВ-приборы незаменимы для медицины. Они позволяют осуществить
раннюю диагностику целого ряда заболеваний: остеохондроз и опухоли поз-
Фото 11. Теплообнаружитель
(теплопеленгатор) производства
РОМЗ (Россия)
воночника, воспаления почек, печени,
желудочно-кишечного тракта, воспаления и опухоли других различных
органов (кожи, лимфатических узлов,
молочных желез и пр.), варикозное
расширение вен, поражение нервов
и сосудов конечностей, ЛОР-, гинекологические заболевания и пр. Тепловизионная томография (термография)
позволяет выявить аномалии в организме задолго до его рентгеновского
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
обзор
Фото 12. Портативный компьютерный термограф �ИРТИС-2000�
обследования. Такое обследование
совершенно безвредно для организма.
Составление его термографической
карты (распределение температуры по
поверхности тела) позволяет оценить
как состояние организма в данный
конкретный момент, так и проследить
динамику возможного заболевания. В
частности, ТПВ-прибор «ИРТИС-2000»
(ООО «ИРТИС», Россия) (фото 12)
[23], выполненный на базе одноэлементного ИК-фотоприемника InSb или
HgCdTe, работает в области спектра
3 − 5 мкм или соответственно 8 − 12 мкм,
имеет чувствительность 0,02° С при
30° С, имеет диапазон измерений от −40
до +2000° С, точность измерения ±1°
С, диапазон рабочих температур от −
40 до +85° С, пространственное разрешение 1 мрад, угол поля зрения 25×20°,
разрешение кадра 256×256 или 640×480,
массу 1,45 кг, габариты 92×120×200 мм,
напряжение питания =6 В, энергопотребление 1,2 Вт, время непрерывной
работы более 7 ч. С помощью прибора
«ИРТИС-2000» можно получить термограммы, свидетельствующие о раке молочной железы, остеохондрозе, тромбофлебите, воспалительных процессах
в ногах, в области живота и др. [23].
Вопросы безопасности в промышленности также успешно решаются
с помощью ТПВ-приборов для нераз-
рушающего контроля. Известно, что
гибель вертолетов часто связана с разрушением лопастей несущих винтов
вследствие наличия в них скрытых
дефектов. Первоначально контроль
склейки секций задних кромок лопастей несущих винтов, выполненных из
композиционных материалов, проводился вручную и требовал примерно
8 часов напряженной работы. При
установке лопасти на испытательном
стенде и перемещении ТПВ-прибора
вдоль лопасти винта с постоянной скоростью записывается термоизображение на видеомагнитофон. При этом
процесс контроля не превышает 1 ч, и
обнаруживаются дефекты сцепления
вплоть до такого малого размера, как
5 мм в поперечнике. Контроль усталости материалов также осуществляется
методом термографии. С ее помощью
можно быстро и надежно выявить дефекты структуры слоистых конструкций с пенопластовым заполнителем
[25]. Возможно выявление дефектов
в футеровке печей, лопатках турбин
авиационных двигателей, в структуре конструкционных и строительных
материалов [27]. Выход из строя промышленных агрегатов может привести к тяжелым человеческим жертвам.
В интересах безопасности необходим
неразрушающий контроль для свое-
временного выявления их технического состояния. В частности, можно выявить качество сборки вертолета [26],
технического состояния воздушного
компрессора, трансмиссии подвижного состава, редуктора [27], днища автомашины [30], лобового стекла автомашины [31]. С помощью термографии
можно выявить состояние зубчатых,
цепных и ременных передач, валов,
муфт, шкивов, насосов и пр. [27]. Выявляются также внутренние нарушения
стенки градирни, нарушение футеровки цементной печи [23], места прогара
в печи и перегрев парового вентиля,
перегруженный насос и участок нагрева в сварочном роботе [28].
В строительстве с помощью ТПВ-приборов могут быть обнаружены утечки
тепла в здании через окна, в помещениях, в том числе при нормальном и
при повышенном давлении [29], утечки
тепла от подогрева полов [31].
В электрических системах с помощью
ТПВ-приборов можно выявить ненадежные соединения, перегрев электрических устройств (например, трансформаторов), нарушение состояния
изоляторов и пр. Можно обнаружить
перегретое электрическое соединение,
не видное невооруженным глазом, незатянутые или плохо подсоединенные
кабели, электрические цепи с перегревом, перегретый электрический автомат [30].
В высоковольтных устройствах с помощью ТПВ-приборов могут быть обнаружены окисление высоковольтных
переключателей, перегретые трансформаторы и масляные выключатели,
неправильное соединение, нарушения
в высоковольтных линиях электропередачи, дефекты в изоляторах, нарушения в высоковольтных соединителях [32].
В трубопроводах для передачи газа,
нефти и др. ТПВ-приборы позволяют
обнаружить места утечки, несанкционированных подключений, места
нарушения глубины залегания, выхода трубопровода на поверхность и пр.
Можно определить места отложений
в трубах, вентиляции, дымоходах и
других закрытых объектах и емкостях. Температурная аномалия в месте утечки теплоносителя превышает
на несколько градусов температуру
поверхности земли вблизи трассы.
ТПВ-прибор с температурным разре-
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2011
Рис. 3. Матричный тепловизор серии ТН-7102
шением около 0,1° С и выше позволит
обнаружить эти места [33].
Для выявления всех указанных неисправностей (неразрушающего контроля) могут быть использованы портативные ТПВ-приборы. Например,
прибор серииТН-7102 (рис. 3) [34] может измерять температуру в диапазоне от −40 до +2000° С с точностью 2% c
температурной разрешающей способностью 0,08° С при +30° С. Рабочая
область спектра 8 − 14 мкм, угол поля
зрения 29×22°, число пикселей микроболометрической матрицы 320×240,
частота кадров 60 Гц, напряжение питания от встроенной батареи =7,2 В
или от сети �100 − 240 В, энергопотребление 6 Вт, масса 1,69 кг (с батареей),
габариты 97×110×169 мм.
Еще более компактный ТПВ-прибор
ThermoCAM™ Е2 («Пергам», Россия)
представлен на фото 13 [28]. ТПВ-прибор выполнен на базе микроболометрической матрицы с числом элементов
160×120. Рабочая область спектра 7,5 −
13 мкм, угол поля зрения 25×19°, темпе-
8
Фото 13. Малогабаритный тепловизор ThermoCAM™ Е2
(фирма «Пергам», Россия)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
обзор
Рис. 4. Характер утечки газа в трубопроводе (а), коронный разряд
высоковольтных линиях электропередач, невидимый глазом (б)
Фото 14. Внешний вид вертолетной
системы Helivision INFRAGAS
(«Пергам», Россия)
ратурная разрешающая способность
0,12° С при +25° С, частота кадров
50/60 Гц, диапазон измеряемых температур от −20 до +900° С при точности
измерений ±2%. Масса прибора с батареей и объективом 0,7 кг, габариты
265×80×105 мм, напряжение питания
=12 В или (через адаптер) �90 − 260 В,
диапазон рабочих температур от −15 до
+45° С.
Аэрофотосъемка с применением ТПВприборов позволяет определить состояние газо-, нефте- и теплопроводов,
транспортных узлов, а также место
возникновения лесных пожаров [35]. С
помощью ТПВ-приборов удобно обнаруживать с вертолетов тепловые изображения утечек газа в реальном масштабе времени. Эти утечки выглядят как
дым на ИК-изображении (рис. 4а) [36].
Можно также обнаружить коронные
разряды и образование электрической
дуги в местах нарушения изоляции в
высоковольтных линиях электропередач (рис. 4б) [37]. ТПВ-камера устанавливается на вертолете на четырехосной
гиростабилизированной платформе.
Используя комбинацию ТПВ-прибора
GasFindIR фирмы FLIR Systems и видеокамеры серии FCB компании Sony,
система Helivision INFRAGAS позволяет с воздуха обследовать трубопроводы
как при установке на борту вертолета,
так и вручную [36].
ТПВ-камера выполнена на базе фокально-плоскостной матрицы фотоприемников InSb (320×240 пикселей), работает
в области спектра 3 − 5 мкм, имеет температурную чувствительность 80 мК,
угол поля зрения 22×16° (дополнительно 11×8°). Цветная ТВ-камера формата
¼ дюйма имеет угол поля зрения от 46
до 5°, чувствительность 1,5 лк. Подвеска имеет среднеквадратическую погрешность стабилизации изображения
менее 100 мкрад. Диаметр устройства
300 мм, масса 20 кг, напряжение питания =20 − 30 В, энергопотребление 200
− 300 Вт [36]. В состав системы входит
видеорегистратор, программа записи
и обработки изображений, система
дистанционного управления и передачи видеосигнала на базовую станцию,
лазерный дальномер [36]. Вместо ТПВкамеры система может включать УФкамеру DayCor компании OFIL (США).
Это позволяет детектировать коронные
разряды и образование электрической
дуги. УФ-камера DayCor имеет угол
поля зрения 5×3,75° и полную автоматическую фокусировку [37].
Применение ТПВ-приборов для работы с дистанционно пилотируемых
летательных аппаратов и наземных роботизированных мобильных устройств
изложены в обзоре [38].
ТПВ-приборы могут быть использованы для дистанционного поиска
взрывчатых веществ. В частности, с
их помощью могут быть обнаружены
на расстоянии до нескольких десятков
метров противопехотные осколочные
мины с натяжным, сейсмическим или
оптическим датчиком цели [39]. Мины
и другие взрывоопасные предметы (в
том числе, в корпусах с защитной и деформирующей в ближней ИК-области
спектра окраской) могут иметь значительный температурный контраст
с окружающим фоном. Такой контраст особенно велик во время восхода
или захода Солнца, после дождя или
выпадения росы [39]. При этом мало-
габаритный ТПВ-прибор (например,
«ИРТИС-2000» [23], который имеет достаточно высокое для такого назначения температурное разрешение 0,05° С,
может запомнить большое количество
тепловых изображений и обработать
их на компьютере в целях автоматического сравнения [40]) может обеспечить
обнаружение этих предметов, в том
числе частично скрытых растительностью. При активном тепловом воздействии на подстилающую поверхность
температурный контраст может быть
дополнительно повышен. В этом случае могут быть обнаружены заглубленные в грунт объекты [39]. ТПВ-прибор
эффективен при использовании его
на открытой местности с минимумом
природных (камни) и искусственных
(бытовой и строительный мусор) неоднородностей на поверхности грунта [39]. Однако эффективность такого
метода поиска мин во многом зависит
от типа мин, физико-механических
параметров грунта, влажности, температуры и пр. [40]. Проведенные испытания показали, что даже незначительные локальные изменения плотности
грунта и влажности (не говоря уже о
посторонних объектах и включениях)
приводят к ложному целеуказанию
[40]. По сравнению с пассивным методом поиска несколько бóльшими возможностями обладает активный метод.
При его использовании значительное
время тратится на нагрев участка местности (до 15 мин.) и его последующее остывание (до 50 мин.) [40]. Это
необходимо для создания требуемого
теплового контраста. Для однородной
среды данный метод достаточно эффективен, но в случае неоднородной
среды возможности метода резко сокращаются. По-видимому, ТПВ-прибо-
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2011
ры наиболее эффективны при поиске
противопехотных осколочных и фугасных мин кругового или направленного
действия с натяжным датчиком цели,
установленных на поверхности грунта,
в зданиях и сооружениях и имеющих
малозаметную проволочную или нитевую растяжку длиной до нескольких
десятков метров [40].
Литература
1. Волков В.Г. Приборы вождения спецтехники в ухудшенных условиях видимости. /Специальная техника, 2003.− № 2. − C. 2 − 14.
2. Волков В.Г. Малогабаритные ночные прицелы. /Специальная техника, 2004. − № 1. − С. 12 − 23.
3. В
олков В.Г. Тепловизионные и многоканальные приборы наблюдения для бронемашин. /Специальная техника, 2005. −
№ 1. − C. 2 − 20, № 2. − C. 2 − 5.
4. Волков В.Г. Тепловизионные приборы средней дальности действия. /Специальная техника, 2005. − № 4. − С. 2 − 17.
5. Б
елозеров А.Ф., Иванов В.М. Зарубежные тепловизионные приборы, предназначенные для оснащения средств ближнего
боя. /Специальная техника, 2005. − № 5. − С. 2 − 10.
6. Волков В.Г. Корабельные приборы ночного видения. /Специальная техника, 2006. − № 1. − С. 2 − 8, № 2. − С. 2 − 14.
7. Волков В.Г. Авиационные приборы ночного видения. /Специальная техника, 2006. − № 3. − С. 2 − 20, № 4. − С. 2 − 12.
8. Тепловизор Пергам ТИТАН. /Проспект фирмы «Пергам», Москва, 2008.
9. Портативный тепловизор «СЫЧ-3». /Проспект ЦНИИ «Циклон», Москва, 2008.
10. Тепловизор со свершироким полем зрения Thermo WideEye™. /Проспект фирмы «Пергам», Москва, 2007.
11. Портативный ударопрочный тепловизор Thermovision® FlashSight™. /Проспект фирмы «Пергам», Москва, 2007.
12. Самый маленький в мире тепловизор Thermovision® Micron™. /Проспект фирмы «Пергам», Москва, 2008.
13. Day and Night Observation System DANOS. /Проспект фирмы Pyser-SGi Ltd., Великобритания, 2005.
14. Мультисенсорная система наблюдения Thermovision® 2000/3000 MS. /Проспект фирмы «Пергам», Москва, 2008.
15. Т
епловизионная система с камерами высокой разрешающей способности для служб охраны ThermoVision®Security™
HD. /Проспект фирмы «Пергам», Москва, 2008.
16. М
ногоканальная тепловизионная система для сверхдальнего наблюдения «Витязь». /Проспект фирмы «Пергам»,
Москва, 2008.
17. Портативная тепловизионная камера спасателя «Чеглок». /Проспект ЦНИИ «Циклон», Москва, 2008.
18. Портативный тепловизор спасателя «Сип». /Проспект ЦНИИ «Циклон», Москва, 2008.
19. Малогабаритный тепловизионный модуль «Ракурс-П». /Проспект ОАО «РУСЭЛЕКТРОНИКА-НВ», Москва, 2004.
20. Н
еохлаждаемые тепловизоры, поставляемые ЗАО «НИИИН МНПО «Спектр». /Проспект ЗАО НИИИН МНПО
«Спектр», Москва, 2008.
21. П
рофессиональное оборудование в области безопасности и антитеррора. /Каталог оборудования ООО «ТАСК-Т»,
Москва, 2008.
22. Теплопеленгатор. /Проспект ОАО «Ростовский оптико-механический завод» (РОМЗ), Ростов Ярославской обл., 2007.
23. Портативный компьютерный термограф «ИРТИС-2000». /Проспект ООО «ИРТИС/IRTIS», Москва, 2008.
24. Цифровые тепловизионные ПЗС камеры TVC300 и TVC400. /Проспект Группы компаний «СИЛАР», С-Петербург, 2007.
25. Head made visible. The world of infrared. /Каталог фирмы AGEMA Infrared Systems, Швеция, 1995.
26. Инфракрасная − термография? Просто спросите специалистов... /Проспект фирмы InfraTec GmbH., Германия, 2008.
27. VarioCAM® head. Thermographic system for use in industry and research. /Проспект фирмы InfraTec GmbH., Германия, 2008.
28. ThermoCAM™ E2. Самая компактная инфракрасная камера в мире. /Проспект фирмы «Пергам», Москва, 2008.
29. Infrared thermography for the building industry. /Проспект фирмы FLIR Systems, США, 2008.
30. InfraCAM™. /Проспект фирмы FLIR Systems, США, 2008.
31. V
arioCAM. Портативная термографическая система для промышленности и науки. /Проспект фирмы InfraTec GmbH,
Германия, 2008.
32. See it before it becomes a problem. /Проспект фирмы FLIR Systems, США, 2008.
33. Термограмма может объяснить многое... /Проспект фирмы «МЕГА Инжиниринг», Москва, 2008.
34. Матричные тепловизоры серии ТН-7102. /Проспект фирмы ПАНАТЕСТ, Москва, 2008.
35. Applications for fixed mounted infrared camera systems. /Проспект фирмы FLIR Systems, США, 2008.
36. H
elivision INFRAGAS. Гиростабилизированная подвеска с ИК-камерой высокого разрешения. /Проспект фирмы «Пергам», Москва, 2008.
37. H
elivision COROVIEW. Гиростабилизированная подвеска с высокочувствительной УФ-камерой. /Проспект фирмы
«Пергам», Москва, 2008.
38. В
олков В.Г. Приборы наблюдения для дистанционно пилотируемых летательных аппаратов и наземных роботизированных мобильных устройств. /Специальная техника, 2007. − № 3. − С. 2 − 11, № 4. − С. 2 − 11.
39. П
етренко Е.С. Средства поиска взрывоопасных предметов по косвенным признакам. /Специальная техника, 2002. −
№ 2. − С. 28 − 34.
40. П
етренко Е.С. Некоторые технические особенности решения проблемы гуманитарного разминирования. /Специальная техника, 2002. − № 6. − С. 37 − 43.
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
обзор
СМЕЛКОВ Вячеслав Михайлович,
доктор технических наук
УСТРОЙСТВО ПЗС-ТЕЛЕКАМЕРЫ
С НОВШЕСТВОМ ПО РАСШИРЕНИЮ
ДИНАМИЧЕСКОГО ДИАПАЗОНА
Рассмотрен подход к проблеме разработки телекамеры с повышенным динамическим диапазоном путем оптимизации в
фотоприемнике преобразования «заряд – напряжение».
Ключевые слова: телекамера, матрица ПЗС, динамический диапазон.
An approach to the problem of the TV-camera developing with wider dynamic range by optimal «charge to voltage» conversion for CCDsensor.
Keywords: TV-camera, CCD-matrix, dynamic range.
Динамический диапазон телекамеры специального применения по праву может быть отнесен к таким же «вечным» параметрам этого устройства, как чувствительность и разрешающая способность. Название «вечный» употреблено потому,
что данный параметр относится к числу тех, уровня которого в складывающихся эксплуатационных условиях пользователю часто оказывается недостаточно, а от разработчика требуется постоянное его повышение.
Решению задачи расширения динамического диапазона телекамеры на матрице ПЗС посвящено немало работ, среди них
и недавние статьи автора [1–3]. В настоящей публикации автор продолжает эту тему, как будто следует правилу великого М. Фарадея, которое состоит из трех английских глаголов: «to work», to finish, to publish», что в переводе означает:
«работать, заканчивать, публиковать».
Е
сли обратиться к вопросу проектирования матриц ПЗС с типовой
организацией во взаимосвязи с ожидаемым динамическим диапазоном
фотоприемника, то следует отметить
важное обстоятельство. Конструкция
выходного считывающего элемента
матрицы ПЗС выбирается, а режим
его электрического смещения задается, исходя из неискаженной передачи
максимального заряда от светочувствительных (детекторных) элементов.
При этом максимальный перепад напряжения ∆Uвых.макс на выходе преобразователя «заряд – напряжение» оценивается соотношением [4]:
ΔUвых.макс = Uоп – Uо.макс ≥ QД.макс / Ссч kc-1 ,
где Uоп – опорное напряжение, устанавливаемое на емкости считывающего элемента; Uо.макс – максимальное
остаточное напряжение на емкости;
QД.макс – максимальная величина детектируемого заряда; Ссч kc-1 – эффективное значение емкости элемента
считывания с учетом действия всех
шунтирующих емкостей.
В каждом элементе выводимого из
матрицы ПЗС видеосигнала дополнительно к входному фотонному шуму
проявляется собственный источник
шума, называемый шумом считывания. Среднеквадратичное отклонение
(СКО) шума считывания определяется
площадью затвора выходного транзистора преобразователя «заряд – на-
пряжение», т.е. «вкладом» параметра
Ссч kc-1. Типичное значение СКО шума
считывания составляет 20 электронов
[5], и оно является результатом проектирования выходного транзистора,
площадь затвора которого вмещает
максимальную величину ожидаемого
заряда (QД.макс)!
По мнению специалистов-телевизионщиков, теоретически СКО шума
считывания может быть снижено на
порядок [5, с. 52]. Следовательно, причина ограничения динамического диапазона снизу уже заложена в типовой
организации матрицы ПЗС, а для расширения динамического диапазона целесообразно усовершенствовать саму
матрицу.
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2011
Рис. 1. Структурная схема телекамеры
Структурная схема предлагаемой телекамеры изображена на рис. 1, а функциональная схема технологической
организации нового фотоприемника
– на рис. 2. Его фотоприемная секция
2-1 имеет типовую конструкцию для
матриц ПЗС с организацией «строчный перенос». Она обеспечивает накопление зарядовых пакетов в светочувствительных элементах, в качестве
которых используются фотодиоды,
организованные в столбцы. В непосредственной близости от каждого столбца фотодиодов находится нечувствительный к свету вертикальный ПЗСрегистр, отделенный от фотодиодов
фотозатвором. Во время накопления
зарядовых пакетов в фотодиодах на
фотозатвор подается низкий уровень
напряжения, обеспечивающий потенциальный барьер между фотодиодами
и вертикальным ПЗС-регистром. По
окончании накопления на фотозатвор
кратковременно подается высокий
уровень напряжения, разрешающий
12
перенос зарядовых пакетов из фотодиодов в потенциальные ямы, образованные в вертикальных ПЗС-регистрах.
Зарядовые пакеты из вертикальных
ПЗС-регистров секции 2-1 построчно
переносятся в горизонтальный регистр
2-2, из которого поэлементно считываются через блок преобразования заряда в напряжение (БПЗН) 2-3. Горизонтальный регистр 2-2 и БПЗН 2-3 также
являются типовыми представителями
матрицы ПЗС со строчным переносом.
В предлагаемом решении телекамеры
на общий кристалл матрицы ПЗС дополнительно введены разделительный
электрод 2-4, секция памяти 2-5, второй
горизонтальный регистр 2-6 и второй
БПЗН 2-7, которые выполняют следующее функциональное назначение.
Разделительный электрод 2-4 разрешает построчный перенос зарядов из
вертикальных регистров секции 2-1
сквозь регистр 2-2 в секцию памяти
2-5 или изолирует секцию 2-5 от такого
переноса. Число элементов в каждом
столбце секции 2-5 должно быть равно
числу элементов вертикального регистра секции 2-1. Под секцией 2-5 расположен горизонтальный регистр 2-6, который организован точно так же, как и
регистр 2-2, а заканчивается БПЗН 2-7.
Блок 2-7, как и блок 2-3, предназначен
для осуществления преобразования
зарядового сигнала изображения в напряжение видеосигнала. Принципиальным их отличием является различный
уровень зарядовых пакетов на входе,
который учитывается при конструктивном исполнении полевого транзистора
в части емкости его затвора. Для БПЗН
2-3 априори предполагается низкий
уровень зарядового сигнала, поэтому
емкость затвора должна быть предельно малой, что достигается выбором
геометрии его размеров, обеспечивающей малую площадь (S1). Напротив, для
БПЗН 2-7 ожидается высокий уровень
зарядового сигнала, поэтому необходимо увеличить управляющую способность блока путем увеличения площади
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
РЕШЕНИЕ
Рис. 2. Организация матрицы ПЗС
Таблица 1
Время экспозиции (накопления) фотоприемника, мкс
Номер
вывода
10,0
100,0
200,0
500,0
1000,0
2000,0
4000,0
10000,0
Кодовая комбинация
11
0
1
0
1
0
1
0
1
13
0
0
1
1
0
0
1
1
12
0
0
0
0
1
1
1
1
затвора (S2). Так что обязательным при
конструировании нагрузочных транзисторов является условие: S1 < S2.
Генератор 3 управляющих импульсов
предназначен для осуществления развертки в матрице 2 ПЗС и формирования служебных импульсов для сигнального процессора 4. Входящий в его
состав временной контроллер (ВК) 3-1
может быть выполнен в виде большой
интегральной схемы (БИС), например,
микросхемы CXD2463R фирмы Sony
[6]. Остальные блоки генератора 3 управляющих импульсов, а именно: преобразователи уровней (ПУ) 3-2 и 3-3,
которые предназначены для преобразования уровней логических сигналов
ВК 3-1 в уровни сигналов, необходимые для работы матрицы ПЗС, могут
быть реализованы в виде второй БИС
необходимого комплекта. Отметим,
что особенностью ПУ 3-3 является инвертирование входных импульсов.
Особенностью ВК 3-1 в предлагаемом
решении является наличие первого и
второго управляющих входов. Применительно к микросхеме CXD2463R
первым управляющим входом является
вывод 20. Если необходимо включить
автоматическую регулировку времени
накопления (АРВН) в телекамере, нужно подать на этот вывод логический
«0», для переключения в режим ручного управления временем накопления
– логическую «1» в уровнях ТТЛ. Второй управляющий вход микросхемы
CXD2463R образуют выводы 11, 12, 13.
Для работы телекамеры в режиме АРВН
эти выводы должны «висеть в воздухе»,
т.к. на них с помощью высокоомных резистивных делителей поданы соответствующие потенциалы в диапазоне 1,3 –
3,5 В. Если необходимо переключение
восьми значений фиксированных экспозиций в диапазоне от 10 мкс до 10 мс,
то на них должны быть поданы кодовые
комбинации из нулей («0») и единиц
(«1»), указанные в табл. 1.
В настоящем решении используются
две кодовые комбинации: «000», соответствующая минимальному времени
накопления фотоприемника, равному 10 мкс, и «111» – максимальному
времени в 10 000 мкс. Предустановка
этих кодов выполняется в формирователе комбинированного изображения
(ФКИ) 5.
Сигнальный процессор 4 предназначен
для двухканального усиления и обра-
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2011
Рис. 3. Структурная схема формирователя комбинированного изображения
ботки сигнала изображения с выходов
матрицы ПЗС, формирования по видео
управляющего сигнала и реализации
автоматической регулировки времени
накопления фотоприемника, формирования на первом и втором выходах
полных телевизионных сигналов (композитных видеосигналов). Сигнальный
процессор 4 может быть выполнен в
виде одной БИС или двух микросхем
CXA1310AQ фирмы Sony [7].
Первый блок задержки на кадр (БЗК)
6 и второй БЗК 7 предназначены для
выполнения задержки входного видеосигнала на длительность одного
кадра. Если в телекамере использована прогрессивная развертка с частотой кадров 50 Гц, то длительность
задержки в каждом канале составляет
20 мс. При организации в телекамере
14
стандартной чересстрочной развертки длительность требуемой задержки
будет составлять два полукадра, т.е.
40 мс. Техническая реализация блоков 6 и 7 может быть осуществлена
путем последовательного соединения
аналого-цифрового преобразователя
(АЦП), оперативно-запоминающего
устройства (ОЗУ) и цифро-аналогового устройства (ЦАП).
Структурная схема формирователя комбинированного изображения
(ФКИ) 5 представлена на рис. 3. Она содержит RS-триггер 5-1, счетчик-делитель 5-2, коммутатор 5-3, первый компаратор 5-4, второй компаратор 5-5, а
также элемент «ИЛИ» 5-6, элемент «И»
5-7 и коммутатор-смеситель 5-8.
RS-триггер 5-1 является тактируемым
триггерным устройством RS-типа с
высоким активным уровнем на входах
управления.
Счетчик-делитель 5-2 предназначен
для выполнения деления частоты кадровых синхроимпульсов на два (с 50 Гц
до 25 Гц) при прогрессивной развертке
и соответственно на четыре (с 50 Гц до
12,5 Гц) при чересстрочной развертке
видеосигнала в телекамере.
Коммутатор 5-3 предназначен для установки внешнего кода управления
в ВК 3-1 генератора 3 управляющих
импульсов. Установка этого кода осуществляется в блоке 5 по второму выходу управления.
Особенностями компараторов 5-4 и
5-5 является применение в каждом из
них стробирующего входа. В качестве
элементной базы для выполнения необходимых компараторов могут быть
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
РЕШЕНИЕ
Таблица 2
Уровни на управляющих входах
Номер открытого канала
#2
#1
E
0
0
1
1A
1
0
1
2A
0
1
1
3A
1
1
1
4A
использованы отечественные микросхемы КМ597СА1. При подаче на стробирующий вход компаратора логической «1» происходит сравнение исследуемого сигнала с опорным напряжением.
Если на стробирующем входе компараторов устанавливается логический «0»,
тогда происходит исключение процесса
сравнения, а на выходе компаратора
формируется нулевой уровень.
Элементы «ИЛИ» 5-6 и «И» 5-7 являются логическими компонентами с однозначным представлением о выполняемых ими функциях.
Коммутатор-смеситель 5-8 предназначен для синтеза выходного видеосигнала телекамеры. Электрическая схема блока 5-8 может быть выполнена
на базе одного из двух четырехканальных аналоговых коммутаторов отечественной микросхемы КР590КН3,
как показано на рис. 4. В зависимости от уровней логических сигналов,
подаваемых на первый и второй управляющие входы, в соответствии с
табл. 2. истинности открывается один
из каналов, а именно: 1А или 2А, или
3А, или 4А.
Рис. 4. Электрическая схема коммутатора-смесителя
Телекамера (рис. 1) работает следующим образом. При включении напряжения питания телекамеры на прямом
выходе RS-триггера 5-1, а, следовательно, и на первом и третьем выходах
управления ФКИ 5 устанавливается
уровень логического «0». Это обеспечивает низкий логический уровень на
входе ПУ 3-3, а также на первом управляющем входе ВК 3-1. В результате
на выходе ПУ 3-3 формируется низкий
уровень напряжения, гарантирующий
«изоляцию» секции 2-1 и регистра 2-2
фотоприемника от секции 2-5. Матрица
2 ПЗС становится типовым фотоприемником с организацией «строчный
перенос». Уровень логического «0» на
первом выходе управления ФКИ 5, а,
следовательно, и уровня «0» на первом
управляющем входе ВК 3-1, гарантирует включение схемы автоматической
регулировки времени накопления фотоприемника.
Предположим, что телекамера работает в режиме разложения прогрессивной развертки. Тогда на втором
выходе ВК 3-1 формируются кадровые синхроимпульсы с периодом Тп
(рис. 5а), а входящий в состав ФКИ 5
счетчик-делитель 5-2 выполняет деление входной частоты на два, формируя на выходе меандр с периодом
ТД1 = 2Тп (рис. 5б).
Допустим, что в поле зрения телекамеры могут одновременно находиться
сильно и слабо освещенные объекты и/
или объекты с резким отличием по яркости. Тогда схема АРВН установит по
сильно освещенному или яркому сюжету величину текущей экспозиции.
Для передаваемых в одном телевизионном поле темных и низко освещенных деталей сцены это время экспонирования приведет к реальной потере
чувствительности и искажениям соответствующих фрагментов изображения из-за ограничения динамического
диапазона телекамеры снизу.
Для перевода телекамеры в режим сложной освещенности и/или сложной яркости на вход «Пуск» подается импульс
положительной полярности. В момент
совпадения на «S»-входе RS-триггера
5-1 высокого уровня этого импульса с
высоким уровнем кадровых синхроимпульсов на его тактовом («CLC») входе
состояние триггера изменяется. На прямом выходе триггера 5-1 устанавливается сигнал логической «1». Последний по-
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2011
Рис. 5. Временная диаграмма, поясняющая работу телекамеры
дается на управляющий вход блока 5-3,
на стробирующие входы компараторов
5-4, 5-5 и на первый управляющий вход
ВК 3-1. Поэтому схема АРВН отключается, а второй управляющий вход ВК 3-1
оказывается подключенным к выходу
блока 5-3. Одновременно компараторы
5-4 и 5-5 оказываются подготовленными к работе. Необходимо отметить, что
независимо от коммутации на входе
«Пуск» на выходе счетчика-делителя 5-2
продолжают формироваться импульсы
с периодом ТД.
При подключении второго управляющего входа ВК 3-1 к выходу блока 5-3 на
этом входе на время действия высокого уровня меандра импульсов с выхода
блока 5-2 устанавливается логическая
комбинация «111», обеспечивающая
длительность кадрового накопления
зарядов в фотоприемнике, равной
10 000 мкс (табл. 1).
16
Высокий уровень меандра с выхода
блока 5-2 означает и такой же уровень
на третьем выходе управления ФКИ 5,
но низкий уровень на разделительном
электроде 2-4 из-за инверсии в ПУ 3-3.
Поэтому секция 2-1 на это время будет
изолирована от секции 2-5, а считывание накопленных зарядовых пакетов
осуществляется построчно в регистр
2-2, а из него – поэлементно в БПЗН
2-3. Обозначим условно этот видеосигнал, снимаемый с первого выхода матрицы 2 ПЗС, «длинным» сигналом из-за
прямой зависимости его уровня от длительного (10 000 мкс) накопления зарядового кадра.
Когда же с выхода блока 5-2 будет подан низкий уровень меандра импульсов, тогда на это время на втором управляющем входе ВК 3-1 установится
логическая комбинация «000», гарантирующая время накопления матрицы
ПЗС 10 мкс (табл. 1). Отметим, что во
время действия низкого уровня меандра на разделительном электроде 2-4 установится высокий уровень. Поэтому
он разрешает для зарядовых пакетов
накопленного кадра построчный их перенос из секции 2-1 сквозь регистр 2-2
в секцию 2-5 и хранение зарядов в ней
до момента наступления очередного
промежутка Тп «изоляции».
В последующем интервале Тп выполняется построчный перенос каждой строки этого зарядового кадра в регистр 2-6
и считывание каждого элемента строки
в БПЗН 2-7. Обозначим условно этот
видеосигнал, снимаемый со второго
выхода матрицы 2 ПЗС, «коротким»
сигналом из-за прямой зависимости
его уровня от кратковременного (10
мкс) накопления зарядового кадра.
Отметим, что «длинный» сигнал
на первом выходе матрицы 2 ПЗС
(рис. 5в) и «короткий» сигнал на ее втором выходе (рис. 5з) следуют с периодом 2Тп, а в течение паузы (интервала
Тп) регистры 2-3 и 2-6 матрицы ПЗС параллельно осуществляют считывание
темнового сигнала и удаляют паразитную информацию из фотоприемника.
Видеосигнал с первого выхода матрицы 2 ПЗС поступает на вход видеоусилителя 4-1 сигнального процессора 4,
а с его выхода – на первый информационный вход ФКИ 5 и на вход БЗК 6.
Одновременно видеосигнал со второго выхода матрицы 2 ПЗС подается на
вход видеоусилителя 4-2, а с выхода –
на второй информационный вход ФКИ
5 и на вход БЗК 7 соответственно.
Задержанный на кадр видеосигнал
(рис. 5д) с выхода БЗК 6 поступает на
третий информационный вход ФКИ
5, а задержанный на кадр видеосигнал
(рис. 5и) с выхода БЗК 7 – на четвертый информационный вход ФКИ 5.
Компаратор 5-4 (рис. 3) сравнивает
«длинный» сигнал с пороговым напряжением Uопорное, формируя на выходе
импульсы, показанные на рис. 5г, а
компаратор 5-5 выполняет сравнение с
этим опорным уровнем задержанного
«длинного» сигнала, вырабатывая на
выходе импульсы, представленные на
рис. 5е. Длительность этих импульсов
определяет время превышения в видеосигнале порогового напряжения.
Выходные импульсы компараторов
5-4 и 5-5 логически суммируются на
элементе «ИЛИ» 5-6, обеспечивая
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
РЕШЕНИЕ
формирование необходимого сигнала на втором управляющем входе
коммутатора-смесителя 5-8 (рис. 5ж).
На первом управляющем входе блока
5-8 присутствуют импульсы с выхода
счетчика-делителя 5-2, показанные на
рис. 5б, которые являются результатом
логического умножения на элементе
«И» 5-7 этого сигнала и логической «1»
с прямого выхода RS-триггера 5-1.
Синтез выходного сигнала изображения осуществляется в коммутаторесмесителе 5-8 при помощи четырехканальной коммутации составляющих
видеосигналов (рис. 4 и табл. 2).
Когда на первом и втором управляющих
входах блока 5-8 присутствуют логические «0», то на это время открывается
канал 1А, а на выход транслируется видеосигнал с первого информационного
входа. Если в течение действия на первом управляющем входе логического
«0» на втором управляющем входе устанавливается логическая «1», тогда на
это время открывается канал 2А, а на
выход транслируется видеосигнал со
второго информационного входа.
Когда на первом управляющем входе
устанавливается логическая «1», а на
втором управляющем входе присутствует логический «0», то на это время открывается канал 3А, а на выход
транслируется видеосигнал с третьего
информационного входа. Если в течение действия на первом управляющем
входе логической «1» на втором управляющем входе присутствует тоже логическая «1», то на это время открывается канал 4А, а на выход транслируется
видеосигнал с четвертого информационного входа.
Синтезированный видеосигнал (рис. 5к)
обладает расширенным динамическим
диапазоном, т.к. в нем оптимизировано
преобразование «заряд – напряжение»
для светлых и темных фрагментов сцены в матрице ПЗС с новой организацией. Дополнительный выигрыш в динамическом диапазоне в первом приближении может быть оценен отношением
S2 /S1. Однако следует справедливо отметить, что из-за временных задержек
отдельных составляющих этого видеосигнала на длительность кадра достигается данный выигрыш ценой обмена на
временную разрешающую способность
телекамеры.
Предположим, что телекамера работает в режиме чересстрочной развертки.
Тогда на входе синхронизации ФКИ 5
присутствуют импульсы с периодом полукадров Тп. Счетчик-делитель 5-2 выполняет деление входной частоты на четыре, т.е. период выходных импульсов
будет составлять: ТД2 = 4Тп. В течение
действия высокого уровня этого меандра в матрице 2 ПЗС будет выполняться
не один, а два цикла экспонирования с
«длинным» зарядовым накоплением по
100 000 мкс для каждого. Аналогично,
в течение действия низкого уровня нового меандра в фотоприемнике будет
совершаться не один, а два цикла экспонирования с «коротким» зарядовым
накоплением по 10 мкс. БЗК 6 и БЗК 7
осуществляют задержку входного видеосигнала на два полукадра, т.е. по длительности на два Тп.
В остальном работа телекамеры не отличается от ее функционирования в
режиме прогрессивной развертки.
При необходимости возвращения телекамеры в исходный режим работы
следует подать импульс положительной
полярности на вход «Стоп». В момент
совпадения на «R»-входе RS-триггера
3 высокого уровня этого импульса с
высоким уровнем тактовых импульсов
(КСИ) состояние триггера изменяется. На прямом выходе RS-триггера 5-1
установится сигнал логического «0», а
в матрице 2 ПЗС будет восстановлено
функционирование схемы АРВН. Одновременно будет приостановлено функционирование компараторов 5-4 и 5-5,
благодаря подаче сигнала логического
«0» на их стробирующие входы. На первом и втором управляющих входах коммутатора-смесителя 5-8 установится
логическая комбинация «00», благодаря
которой на выход блока, а, следовательно, и на выход телекамеры, будет передаваться с первого информационного
входа типовой телевизионный сигнал
фотоприемника 2.
На момент публикации статьи предложенное устройство телекамеры признано изобретением, и Федеральной
службой принято решение о выдаче
на него патента Российской Федерации [8].
Выводы
1. Предлагаемое новшество по расширению динамического диапазона является
продуктом совершенствования метода двухканального преобразования «свет –
сигнал» в телекамере, выполненной на базе одного ПЗС-фотоприемника.
2. Синтез необходимого комбинированного видеосигнала в новом решении осуществляется в результате дополнительной задержки сигнала изображения, т.е.
путем обмена показателя динамического диапазона телекамеры на параметр ее
временной разрешающей способности.
Литература
1. Смелков В.М. Метод двухканального преобразования «свет – сигнал» в телевизионной камере, выполненной на базе единственной ПЗС-матрицы с типовой организацией / Специальная техника, 2008. − №1. − С. 8 – 13.
2. С
мелков В.М. К вопросу теоретического обоснования реализации обмена параметров при проектировании телекамер прикладного назначения / Спецтехника и связь, 2009. − №1. − С. 12 – 15.
3. Смелков В.М. О возможности использования резерва для расширения динамического диапазона телекамеры на ПЗС / Спецтехника и связь, 2009. − №3. − С. 29 – 34.
4. Стенин В.Я. Применение микросхем с зарядовой связью. − М.: «Радио и связь»,
1989.
5. Никитин В.В., Цыцулин А.К. Телевидение в системах физической защиты. −
С-Пб.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2001.
6. М
икросхема CXD2463R фирмы Sony. Timing Controller for CCD Camera. Инструкция для пользователя на английском языке. − С. 1 – 12.
7. Микросхема CXA1310AQ фирмы Sony. Single Chip Processing for CCD Camera.
Инструкция для пользователя на английском языке. − С. 1 – 14.
8. Решение о выдаче патента РФ на изобретение по заявке №2009145587/
09(064988) от 26.11.2010. МПК H04N 5/225. Телевизионная камера для наблюдения в условиях сложной освещённости и/или сложной яркости объектов./
Заявитель – В.М. Смелков.
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2011
ДУХАН1 Евгений Изович,
кандидат технических наук, доцент
ЗАХАРКИН2 Григорий Федорович
ЗВЕЖИНСКИЙ3 Станислав Сигизмундович,
доктор технических наук, профессор
КОМПЛЕКС ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ
КАБЕЛЬНЫХ РАДИОВОЛНОВЫХ
СРЕДСТВ ОБНАРУЖЕНИЯ
Описан лабораторный комплекс, предназначенный для экспериментального изучения средств обнаружения нарушителей на
основе эффекта линии вытекающей волны.
Ключевые слова: средство обнаружения, линия вытекающей волны
The laboratory complex for experimental studying of following wave line sensors is described.
Keywords: sensor, following wave line.
Р
адиоволновые средства обнаружения (СО) на основе линий вытекающей волны (ЛВВ) УКВ-электромагнитного поля (ЭМП, частотой 30…100
МГц) обладают уникальными тактикотехническими характеристиками и являются весьма привлекательными для
применения в составе сигнализационных систем, предназначенных для оборудования важных государственных
объектов и границы РФ. Во многих
случаях окружающие условия (физико-географические, природно-климатические и пр.), геометрия объекта,
тактические особенности организации
его физической защиты обусловливают целесообразность применения для
охраны именно СО ЛВВ [1]. Однако
существующее отставание отечественных изделий от мирового уровня (например, Senstar-Stellar, США) не позволяет активно внедрять их в практику.
Кроме того, им присущи недостатки,
снижающие достоверность функцио-
− Уральский федеральный университет (УрФУ – УПИ), Екатеринбург, доцент;
− Уральский федеральный университет (УрФУ – УПИ), Екатеринбург, аспирант;
3
− ЗАО «Телеформ», Москва, ведущий научный сотрудник.
1
18
нирования, – существенная продольная неоднородность чувствительности
зоны обнаружения и зависимость характеристик обнаружения от состояния среды распространения электромагнитного поля (типично − грунта).
Анализ передовых разработок и проведенные исследования СО ЛВВ показывают, что применение частотно-модулированного зондирующего ЭМП
с последующей интеллектуальной обработкой сигнала связи в приемнике
является актуальным направлением их
развития. При этом возможность повышения информативности и устойчивости изделий к воздействию внешних
неблагоприятных факторов различной
природы теоретически обоснована математической моделью сигналообразования [2, 3]. В пользу построения СО
ЛВВ, основанного на методе линейной
частотной модуляции (ЛЧМ) излучения передатчика с череспериодным
вычитанием сигнала в приемном уст-
2
ройстве, можно привести следующие
доводы:
♦♦ относительная простота схемотехнического построения средства;
♦♦ допустимый уровень продольной
неравномерности чувствительности
зоны обнаружения;
♦♦ заложенная в самом методе обработки приемного сигнала отстройка от
медленных уходов параметров узлов
аппаратуры и условий распространения ЭМП на контролируемой трассе;
♦♦ постоянная размерность реализаций разностного сигнала (количество отсчетов), что позволяет активно
применять для его анализа современные методы цифровой обработки сигналов;
♦♦ принципиальная возможность построения ЛВВ СО с определением
продольной координаты движения
нарушителя на рубеже охраны при
предполагаемой простоте алгоритма работы вычислителя.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ИССЛЕДОВАНИЯ
Рис. 1. Структурная схема лабораторного комплекса по исследованию СО ЛВВ
Рис. 2. Временные диаграммы работы ПРД
Очевидно, что без полномасштабных
экспериментов разработка эффективных алгоритмов работы СО малоперспективна. В результате их должен
быть сформирован представительный
банк экспериментальных сигналов от
человека-нарушителя, движущегося
различными способами, по различной
траектории, при различных конструктивных и электрических параметрах
рубежа охраны. Необходим также
большой банк типовых помех.
Для проведения измерений сигналов
в кабельных радиоволновых СО ЛВВ
был разработан и изготовлен лабораторный комплекс, структурная схема
которого приведена на рис. 1. Комплекс
состоит из работающих под управлением ПЭВМ приемного устройства
(ПРМ), передающего устройства (ПРД)
и блока оцифровки сигнала (БОС).
В основу ПРД выбрана микросхема
AD9951 фирмы Analog Devices, представляющая собой высокопроизводительный и малошумящий генератор (Г)
улучшенной технологии прямого цифрового синтеза частоты (DDS). В состав
синтезатора входит 14-разрядный высокопроизводительный ЦАП и перепрограммируемые схемы управления,
позволяющие сгенерировать синусо-
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2011
идальный сигнал требуемой частоты
вплоть до 200 МГц. Синтезатор обладает высокой точностью задания частоты
и начальной фазы. Кроме того, AD9951
поддерживает режим ЛЧМ-генерации
с высокой линейностью модуляционной характеристики.
Промышленный профессиональный
синтезатор частот на основе AD9951
работает под управлением микроконтроллера Atmega32 (Atmel) и предлагается к свободной продаже со стандартным набором функциональных
возможностей, среди которых, однако, не присутствует необходимый
режим ЛЧМ [4]. Генератор был доработан в программном и аппаратном
отношениях, в его состав был введен
Фото 1. Конструкция приемно-передающего блока
20
усилитель мощности (УМ) на базе
сверхвысокочастотного операционного усилителя AD845A с полосой
пропускания 1 ГГц и максимальной
скоростью нарастания выходного
напряжения 1,4 кВ/мкс. Усилитель
в типовом включении обеспечивает
коэффициент усиления по напряжению до 64 дБ. В состав ПРД был также
включен полосовой фильтр Бесселя
(ПФ) 9-го порядка с верхней частотой
среза порядка 100 МГц.
ПРД формирует «ступенчатую» линейную модуляцию частоты зондирующего излучения (рис. 2). Количество шагов
N, дискреты по времени ∆t и частоте ∆f
задаются оператором с помощью авторской программы. Кроме зондирующего излучения, генератор формирует
последовательности синхроимпульсов:
1) τс,п для управления и устройством
ввода информации в ПЭВМ; 2) τс,ш для
синхронизации
аналого-цифрового
преобразователя.
В качестве БОС используется плата ввода/вывода MFB-PCI, имеющая
встроенный 12-разрядный АЦП и работающая под управлением программы, разработанной в среде графического программирования LabView 8.5
(National Instruments). Для обеспечения требуемого быстродействия в устройстве вывода (УВ) на программном
уровне реализован метод стробоскопической записи информации. УВ имеет встроенную память, объем которой
достаточен для хранения сигнала связи
на одном периоде модуляции зондирующего излучения Т. За время Тз устройство ввода передает информацию
в ПЭВМ, которая записывается в виде
отдельного файла с автоматически
формируемым именем.
Приемное устройство лабораторного
комплекса выполняет функцию гомодинного преобразования частоты, для
его построения выбрана ИМС AD831,
являющаяся типичным представителем современного активного двойного
балансного смесителя на биполярных
транзисторах. Она имеет широкий
динамический диапазон, включает в
себя дифференциальный токовый выход, малошумящий выходной усилитель постоянного тока с низкими шумами и фильтр 3-го порядка. На входе
ПРМ действует сигнал связи, уровень
которого достигает нескольких десятков мВ, поэтому введение в его состав
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ИССЛЕДОВАНИЯ
Рис. 3. Эксперимент по регистрации полезного сигнала (б) на фоне шума (а)
входного высокочастотного усилителя
не требуется. Входной полосой фильтр
аналогичен фильтру ПРД.
Платы приемника и передатчика размещены в экранированный блок размерами 15×10×5 см (фото 1). На верхнюю панель блока вынесены клавиатура управления режимами работы
генератора) и ЖК-дисплей, на боковые – разъемы питания, сигналов синхронизации и ВЧ-разъемы для подключения приемного и передающего излучающих кабелей. Плата ввода/вывода
устанавливается в слот материнской
платы ПЭВМ.
В полевых условиях был проведен ряд
экспериментов, подтверждающих работоспособность разработанного ком-
плекса. На рис. 3 приведены типичные
результаты вычитания из анализируемой реализации «опорного» сигнала,
сформированного путем усреднения
сигнала связи на десяти интервалах
модуляции частоты. На рис. 3а приведен разностный сигнал в отсутствии
нарушителя на контролируемом рубеже, на рис. 3б – при его наличии.
Из рисунка видно, что размах полезного сигнала при наличии человека на
трассе укладки излучающих кабелей
более чем на 30 дБ превосходит уровень шумов.
Следует отметить, что эксперимент
(рис. 3) проводился в неблагоприятных
погодных условиях, где электрические
параметры среды распространения
ЭМП нельзя было считать стабильными. Малый уровень шумов напряжения (по сравнению с полезным
сигналом), полученный в результате
череспериодного вычитания сигнала
связи, позволяет говорить о высокой
повторяемости модуляционной характеристики генератора ЛЧМ-сигнала и
стабильности параметров остальных
узлов разработанного исследовательского комплекса.
После дополнительной оценки технических характеристик комплекс может
быть использован для формирования
представительной статистики сигналов
связи и полезных сигналов в СО ЛВВ с
частотно-модулированным зондирующим излучением.
Литература
1. З
вежинский С.С., Духан Е.И. Современное состояние и перспективы развития средств обнаружения на основе линий
вытекающей волны. / Спецтехника и связь, 2008. − № 3. − С. 5 − 8.
2. Б
акланов В.В., Духан Е.И. Моделирование процессов сигналообразования в двухкабельных средствах обнаружения на основе линий вытекающей волны. / Радиотехника, 2009. − № 2. − С. 115 − 118.
3. Духан Е.И. Измерение продольной координаты движения нарушителя в средствах обнаружения на основе ЛВВ путем
модуляции частоты зондирующего сигнала./ «Территориально распределенные системы охраны»: I Всероссийская конференция – Мат. конф. − Калининград: КПИ, 2008. − Науч. сб. − № 1. – С. 77 − 78.
4. http://rd3ay.cqham.ru.
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2011
ГРИНЕНКО1 Владимир Антонович
ОБЩИЙ ПОДХОД К ОПИСАНИЮ
ПАРАМЕТРОВ МОДЕЛИ
НАРУШИТЕЛЯ
В статье предлагается рассмотреть возможные угрозы безопасности для охраняемых объектов, внешние и внутренние
источники угроз, общий подход к описанию параметров модели нарушителя.
Ключевые слова: противодействие терроризму, модель нарушителя, моделирование сложных систем.
In article it is offered to consider possible threats of safety for protected objects, external and internal sources of threats, the general
approach to the description of model infringer parameters.
Keywords: counteraction to terrorism, model of the infringer, modeling of difficult systems.
П
равильно организованная эксплуатация инженерно технических
средств охраны (ИТСО) приводит в
конечном итоге к снижению реализации угроз безопасности для охраняемых объектов (ОО). Ниже предлагается рассмотреть возможные угрозы
безопасности и требования к модели
нарушителя, ее виды применительно
для ОО.
В целях определения оптимального
варианта физической охраны объекта
необходимо учитывать реальные и потенциальные угрозы его безопасности.
Основными источниками угроз охраняемым объектам являются (в общем
виде):
♦♦ отказы и неисправности оборудования, установок, пунктов хранения
материалов, другого жизненно важного для ОО оборудования;
♦♦ непрофессиональные или умышленные действия человека.
1
22
В качестве основных угроз ОО должны
рассматриваться преступные действия
в отношении исполняющего должностные обязанности персонала, уязвимых
элементов объектов, находящихся на
них материальных ценностей, денежных средств, опасных веществ и материалов (ОВМ). В качестве угроз также
необходимо рассматривать и угрозы
информационной безопасности системам физической охраны.
К типовым угрозам относятся:
♦♦ повреждение (разрушение) жизненно важных для предприятий сооружений или оборудования;
♦♦ вмешательство в систему электропитания, управления и/или защиты
технологических процессов (в том
числе и дистанционное);
♦♦ рассеивание отравляющих, радиоактивных веществ или препаратов
и других ОВМ, в том числе с помощью взрыва;
♦♦ хищение ОВМ в целях их дальнейшего использования для совершения террористического акта;
♦♦ хищение секретной или конфиденциальной информации, использование которой может облегчить организацию террористического акта (ТА);
♦♦ захват заложников.
Угрозы и вероятные способы их осуществления определяются следующим
образом:
♦♦ рассматриваются разные виды угроз, применимые, с точки зрения,
экспертов к данному объекту;
♦♦ определяются наиболее вероятные
угрозы для данного типа объекта;
♦♦ оценивается возможность реализации наиболее вероятных угроз (в качестве критерия принимается возможный ущерб от совершения ТА);
♦♦ учитываются факторы, влияющие на
вероятность осуществления угроз;
− преподаватель Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ».
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ИССЛЕДОВАНИЯ
♦♦ проверяется легитимность источников информации об угрозах и степень достоверности информации.
Основой определения угрозы для конкретного объекта является выявление
потенциальных нарушителей, прогнозирование их возможностей, намерений и тактики действий [1]. При этом
рекомендуется исходить из того, что
нарушитель может использовать все
доступные ему способы действий, в
частности, комбинированную тактику,
с целью повысить свои шансы на выполнение задачи.
Угрозы и вероятные способы их осуществления определяются моделью
нарушителя и характером террористического акта.
Под нарушителем, как правило, понимается лицо или группа лиц, совершившие или пытающиеся совершить
несанкционированные действия в отношении объекта, а также лица, оказывающее содействие в этом. Соответственно источники угроз могут быть
разделены на внешние, внутренние и
комбинированные.
Внешние угрозы исходят от лиц, не
входящих в состав персонала ОО и
не имеющих права доступа на территорию ОО, действуют из-за периметра объекта. Группы или одиночные
внешние нарушители могут применять различную тактику действий, от
скрытого проникновения до силовой
операции.
К потенциальным внешним нарушителям относятся:
♦♦ члены террористических и экстремистских организаций;
♦♦ преступные элементы;
♦♦ лица, которые имели в недавнем
прошлом санкционированный доступ на объект и недовольные решениями руководства;
♦♦ психически больные лица или лица,
находящиеся в пограничном состоянии.
Внутренние угрозы исходят от персонала ОО и других лиц, допущенных в
охраняемые зоны объекта. Внутренние нарушители из числа основного и
вспомогательного персонала объекта
и личного состава охраны, имеющие
санкционированный доступ на объект и в отдельные охраняемые зоны,
действуют на территории объекта. Для
внутреннего нарушителя характерно
хорошее знание объекта, его уязви-
мых мест, он может владеть навыками работы с системами сигнализации.
Внутренний нарушитель может быть
хорошо осведомлен о системе охраны
и ее возможностях, регламентах обслуживания. У него есть возможность
постепенно и скрытно готовить акцию,
используя имеющиеся полномочия:
проносить и готовить взрывные устройства и необходимые приспособления. Внутренний нарушитель действует максимально скрытно.
Среди потенциальных внутренних нарушителей выделяются:
♦♦ сотрудники, принуждаемые к содействию внешними нарушителями
путем подкупа, шантажа или угроз
применения силы;
♦♦ сотрудники, недовольные по ряду
причин решениями руководства и
своим положением в коллективе;
♦♦ сотрудники, имеющие преступные
замыслы и наклонности;
♦♦ психически
неуравновешенные
люди.
Комбинированные угрозы исходят одновременно от внешних и внутренних
нарушителей, действующих совместно
(в сговоре).
В общем случае следует предполагать,
что нарушители, как внешние, так и
внутренние, обладают высокой степенью информированности об особенностях ОО и ИТСО.
При оценке эффективности ИТСО определяется показатель уязвимости ОО
в вероятностной форме Qпа, имеющий
смысл вероятности достижения цели
противоправных действий (совершения противоправного акта) в отношении объекта
Qпа =p(О < H⁄A),
(1)
где О − случайный вектор, описывающий возможности сил охраны; Н −случайный вектор, описывающий возможности субъектов противоправных
действий – нарушителя (незаконных
вооруженных формирований, экстремистских и террористических организаций и групп, преступников); А − совокупность характеристик факторов,
влияющих на векторы О и Н, в частности, характеристики объекта, его инженерно-техническая укрепленность, оснащенность инженерно-техническими
средствами охраны, содействие внутреннего нарушителя и др.
Решение возникающих при этом прикладных задач, например, сравнительной оценки ряда объектов по уязвимости, ранжирования объектов некоторой совокупности возможно лишь
при корректном задании характеристик противоправных действий в отношении них, т.е. случайного вектора Н.
Понятно, что показатель уязвимости
ОО (1) по отношению к любому виду
современной военной техники несравнимо выше (вероятность совершения
противоправного акта Qna → 1), чем по
отношению к преступнику, вооруженному ножом (Qna → 0).
В целях повышения готовности сил
физической охраны к пресечению
преступных действий определяется
формализованная модель возможного
нарушителя, оформляется в виде специального документа, согласованного
со всеми службами, имеющими отношение к обеспечению охраны объекта
и утвержденного руководством объекта и его службы безопасности.
Формализованная модель − это систематизированная база данных по параметрам нарушителя, являющихся
исходными в моделях оценки эффективности систем физической защиты
объектов [3].
Возможности нарушителя по достижению цели противоправных действий
описываются его характеристиками
(параметрами). Модель нарушителя
представляет собой: а) набор его характеристик (параметров) и б) описание
значений, которые эти характеристики
принимают. Основным требованием к
модели нарушителя является адекватное отражение реальных условий функционирования объекта с точки зрения
возможных противоправных действий
в отношении него. Тогда дальнейшее
сравнение различных объектов по уязвимости будет корректным.
Модели нарушителя для всех объектов, включенных в анализ, в частном
случае могут быть одинаковыми. Это
справедливо для однотипных объектов, функционирующих в одинаковых
условиях. В общем случае на значения
параметров модели нарушителя влияют следующие факторы:
♦♦ степень криминально-террористической опасности территории размещения объекта, определяющая
частоту и, главное, силу противоправных действий; действительно,
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2011
возможностей для проведения противоправных действий с большим
числом нарушителей на Северном
Кавказе больше, чем в других регионах России [2];
♦♦ предпочтительность объекта для нарушителей, определяемая его категорией по потенциальной опасности;
на более значимый для нарушителей объект будет направлен и более
подготовленный, оснащенный нарушитель.
В общем случае нарушитель описывается большим числом характеристик.
Их разумное ограничение возможно
путем разработки модели нарушителя для решения определенного класса
задач. Отсюда вытекает второе требование к модели нарушителя − она
должна содержать значения параметров, которые являются исходными
при соответствующих оценках. Чем
сложнее решаемая задача, тем более
полной должна быть модель. Так, модель нарушителя для оценки криминально-террористического риска при
эксплуатации объекта полнее модели
нарушителя для оценки уязвимости
этого объекта, так как в последнюю дополнительно должны быть включены
характеристики, описывающие возможности нарушителя по причинению
ущерба. Полнота описания параметров модели и их возможных значений
должна обеспечивать требуемую точность результатов решаемой с ее помощью задачи.
Модель нарушителя с математической точки зрения может носить либо
качественный (вербальный) характер,
либо количественный (описанный математически). Количественное описание ряда характеристик нарушителя
является проблематичным.
Общими подходами к описанию параметров формализованной модели
являются вероятностный и детерминированный. В рамках вероятностного
подхода наиболее полным математическим описанием нарушителя является многомерный случайный вектор
Н. Отдельные характеристики (вооруженность, подготовленность и т.д.)
нарушителя в этом случае описываются дифференциальными распределениями значений характеристик и их
корреляционной матрицей. При таком
описании показатели эффективности
ИТСО получают с помощью имитаци-
24
онного моделирования [4] на множестве реализаций взаимодействия нарушителя с ИТСО объекта. Однако обоснование видов законов распределения
соответствующих случайных величин,
а также определение их параметров и
корреляционной матрицы требуют огромного числа статистических данных,
которые, как правило, отсутствуют.
При детерминированном подходе в качестве параметров формализованной
модели выбирают отдельные точки
дифференциальных законов распределения случайных величин характеристик нарушителя, входящих в случайный вектор Н. В качестве таких точек
обычно рассматривают максимально
возможные, наиболее вероятные значения, либо значения, реализующиеся
с некоторой наперед заданной вероятностью. Эти точки определяются экспертно по диапазону возможных значений, известному из анализа происходивших противоправных действий в
отношении объектов рассматриваемого типа.
Обеспечение приемлемой защищенности по отношению к нарушителю
с полученными таким образом параметрами может оказаться технически
либо экономически не возможным.
Поэтому в рамках подхода, учитывающего экономические факторы, значения характеристик в формализованной модели нарушителя устанавливаются такими, защиту которых можно
обеспечить при разумных затратах в
разумные сроки.
Чаще всего на практике используется
комбинированная модель, сочетающая
элементы качественного и количественного описания, вероятностного и
детерминированного подходов.
Параметры модели нарушителя могут
быть заданы:
♦♦ количественно;
♦♦ качественно-количественно;
♦♦ качественно.
При количественной форме параметры модели описываются абсолютными
и относительными значениями.
В первом случае параметры нарушителя представляют собой детерминированные х или случайные X величины.
Последние используются при существенном влиянии на результат проводимой оценки разброса характеристик
нарушителя относительно математического ожидания, пренебречь кото-
рым нельзя. Обычно рассматривается
нормально распределенная случайная
величина XСN(x, σ2), где σ − среднеквадратическое отклонение параметра
нарушителя относительно математического ожидания М[Х] = х, которая
описывает разброс его значений. Параметры модели нарушителя с варьируемыми математическими ожиданиями целесообразно задавать коэффициентами вариации ν = σ/x.
Во втором случае параметры модели
нарушителя задаются их относительными значениями (коэффициентами
усиления или ослабления) по отношению к некоторому базовому варианту,
для которого абсолютные значения параметров известны
k1 = х1/х0,
где х0 − значение рассматриваемого
параметра для базового варианта, в
качестве которого рассматривают
возможности некоторого типового
нарушителя либо подразделения охраны.
Среднеквадратическое отклонение значений параметра х1 = k1x0 рассматриваемого нарушителя в этом случае вычисляется по формуле
σ1 = ν k1x0.
Задание параметра модели нарушителя
в качественно-количественной форме
предполагает определение одного из
ряда качественных уровней его возможностей по отношению к базовому
значению х0. Качественным уровням
соответствуют типовые количественные значения коэффициента пересчета
базового значения параметра, известного в абсолютном выражении. Как
правило, используется 3-уровневая качественно-количественная шкала характеристик нарушителя. В такой шкале модификации нарушителя по некоторой характеристике могут, например,
задаваться коэффициентами усиления.
В частности, физические возможности
нарушителя (бег) с учетом его подготовленности описываются коэффициентами профессионализма kn .
Коэффициент усиления характеристики:
♦♦ 1,00 – типовой нарушитель;
♦♦ 1,15 – сильнее типового;
♦♦ 1,40 – профессионал.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ИССЛЕДОВАНИЯ
Таблица 1. Качественная шкала осведомленности нарушителя
j
Уровень
осведомленности
1
Высокий
2
3
Описание осведомленности
знает практически все об объекте и
его ИТСО, их уязвимых местах
Средний
знает сравнительно много об объекте,
но не знает его уязвимых мест,
недостаточно знаний о ИТСО,
значимости критических элементов
объекта и точных мест их нахождения
Низкий
имеет общее представление о
назначении объекта и системе его
ИТСО, но практически ничего
не знает об уязвимых местах
объекта, значимости и местах нахождения его критических
элементов
Типовой нарушитель − это нарушитель
со слабой подготовкой, для которого
скорость бега V0 = 4 м/с. Тогда скорость рассматриваемого в модели нарушителя составит
V1 = kn1 ∙ V0,
где kn1 − его коэффициент профессионализма.
Качественные уровни нарушителя по
рассматриваемой характеристике определяются известными методами экспертного оценивания [5]. Разброс рассматриваемой характеристики нарушителя при ее задании качественными
уровнями учитывается построением
гистограммы нахождения нарушителя
на i-м уровне. Гистограмма по рассматриваемой характеристике, т.е. описывающие ее вероятности рi реализации
нарушителя с i-м качественным уровнем, определяется известными методами математической статистики [6]. Информация о разбросе характеристик
используется в имитационных моделях
оценки эффективности ИТСО.
Количественные значения коэффициентов для качественных уровней определяются на основе обобщения имеющихся статистических данных.
Чисто качественно параметры модели задаются с помощью качественных
шкал в случае, когда описание характеристики нарушителя является слабо
формализуемой задачей, статистика
Вероятность
реализации pj
(из примера)
0,547
новить наиболее вероятную степень
осведомленности нарушителя либо
использовать в последующих оценках
вероятности рi того, что нарушитель
обладает i-м уровнем осведомленности
об объекте [7].
Пример
0, 344
0,109
по которой отсутствует. Пример качественной шкалы осведомленности
нарушителя приведен в табл. 1.
Действительно, внешний нарушитель
может обладать различной осведомленностью об объекте. При отсутствии
статистики уровень осведомленности
оценивается экспертно. Если при этом
используется метод парных сравнений
с количественной оценкой предпочтений, то с его помощью можно уста-
Матрица парных сравнений возможной степени осведомленности предполагаемого нарушителя с помощью
шкалы Саати [8], имеет вид:
2 4
 1


W = 1/2 1 4 
1/4 1/4 4 


Ее обработка приближенным методом
[9] дает следующие значения степеней
принадлежности предполагаемого нарушителя нечеткому множеству «Возможный уровень осведомленности
нарушителя», интерпретируемых как
субъективные вероятности: р1 = 0,547,
р2 = 0,344, Р3 = 0,109.
Эти вероятности (нормированные
на 1 относительные веса) через разброс суждений экспертов учитывают
реально имеющую место неопределенность осведомленности нарушителя.
Литература
1. Постановление Правительства Российской Федерации «Об утверждении правил физической защиты ядерных материалов, ядерных установок и пунктов
хранения ядерных материалов » № 456 от 19.07.2007 г.
2. Ф
едеральный закон РФ «О противодействии терроризму» № 35-ФЗ от 6 марта 2006 г.
3. Р
адаев Н.Н., Лесных В.В., Бочков А.В. Методические аспекты задания требований, оценки и обеспечения защищенности объектов от противоправных действий. – М.: ВНИИГАЗ, 2009. − 170 с.
4. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. − М.: Наука, 1978. − 400 с.
5. Литвак Б.Г. Экспертные технологии в управлении. − 2-е изд., испр. и доп. − М.:
Дело, 2004. − 399 с.
6. В
ентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория вероятностей и ее приложения. − М.: Академия, 2003. − 464 с.
7. Радаев Н.Н. Точность экспертного оценивания состояния объекта методом
попарных сравнений с количественной оценкой предпочтений. / Измерительная техника, 2007. − № 7.
8. Саати Т. Принятие решений при зависимостях и обратных связях. Аналитические сети / Пер. с англ. − М.: Радио и связь, 1993. − 287 с.
9. М
елихов А.Н., Берштейн Л.С., Коровин С.Я. Ситуационные советующие системы с нечеткой логикой. − М.: Издательство ЛКИ, 2008. − 360 с.
25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2011
НИКОЛАЕВ1 Алексей Владимирович,
кандидат технических наук,
доцент
ВЛИЯНИЕ УКРЫВАЮЩЕЙ СРЕДЫ
НА ГЛУБИНУ ЗОНДИРОВАНИЯ В
НЕЛИНЕЙНО-ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ
ЛОКАЦИИ
В статье рассмотрены особенности процесса обнаружения рукотворных объектов в различных укрывающих средах
при их нелинейно-параметрической локации в широком диапазоне электромагнитных волн. Данная задача возникла при
рассмотрении вопроса об эффективном использовании электромагнитного спектра. Показано, что при использовании
различных диапазонов длин электромагнитных волн возможно усиление нелинейных свойств рукотворных объектов.
Ключевые слова: нелинейные эффекты, рукотворные объекты, нелинейная радиолокация, параметрическая локация,
электромагнитное поле, удельное поглощение электромагнитной волны, нелинейная эффективная поверхность рассеяния.
In article features of process of detection of man-made objects in various covering environments are considered at their non-linear
location in a wide range of electromagnetic waves. This problem arose when considering effective use of electromagnetic spectrum. A
possibility showed of amplification of non-linear properties of man-made objects using different parts electromagnetic spectrum.
Keywords: non-linear effects, man-made objects, nonlinear radar-location, parametrical location, electromagnetic field, specific
absorption of an electromagnetic wave, nonlinear effective surface of dispersion.
В
различных областях деятельности человека (археология,
строительство и эксплуатация подземных коммуникаций,
борьба с терроризмом, гуманитарное разминирование и многое другое) возникает необходимость поиска объектов в толще укрывающих сред. При этом существующие средства поиска зачастую не способны обеспечить глубину поиска, соответствующую глубине заложения объекта поиска. Основной
причиной этого является сравнительно большие удельные потери при прохождении электромагнитной волны через слой
укрывающей среды. Укрывающими средами могут быть [1]:
♦♦ грунты различного состава и влажности (наиболее типичный случай: поиск террористических тайников с оружием, террористических взрывных устройств);
♦♦ пресная и морская вода (поиск неразорвавшихся боеприпасов, железных контейнеров и бочек с химическими веществами);
♦♦ растительность (поиск холодного и огнестрельного оружия – в криминалистике);
♦♦ снег, лед;
♦♦ строительные материалы (кирпичи, бетон и т.д.).
1
26
Анализ известных работ [1 – 10] в области нелинейной и
параметрической локации полупроводящих сред применительно к решению задачи обнаружения объектов искусственного происхождения показывает, что ресурсы электромагнитного поля используются не в полной мере. Так в
[1, 2, 7, 8] показано, что использование параметрического
возбуждающего поля наряду с основным зондирующим,
позволяет улучшить поисковые характеристики приборов
нелинейной радиолокации. Как правило, возбуждающие
поля выбираются такими, что бы потери при прохождении
их через слой укрывающей среды были минимальны и наилучшим образом усиливали демаскирующие свойства рукотворных объектов. К примеру, возбуждение нелинейных
элементов в объектах поиска (переходов транзисторов и
диодов, стыков металлов в оружии, радиолиниях управления взрывными устройствами, аппаратуре негласного съема информации) может осуществляться электромагнитным
полем в широком диапазоне длин волн (рис. 1). Необходимо отметить, что для более эффективного использования
электромагнитного спектра в радиолокационном диапазоне
− докторант ВУНЦ СВ «Общевойсковая академия ВС РФ», Москва.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ИССЛЕДОВАНИЯ
Рис. 1. Используемые диапазоны электромагнитного спектра при нелинейно-параметрической
локации рукотворных объектов
Таблица. 1. Характеристики основных укрывающих сред
Укрывающая среда
Электромагнитные характеристики (статика)
Плотность, г/см3
ε
µ
σn, cм/м
Сухой песок
4
1
10-4
1,2 – 1,65
Грунт средней влажности
10
1
10-2
1,4 – 1,6
Влажный суглинок
20
1
10-1
1,9 – 2
Вода пресная (реки, озера)
80
1
10
1
Вода морская
80
1
4
1,01 – 1,05
3 – 8
1
≈10-5 – 10-7
0,24 – 0,32
73 – 85
1
0,1
0,35 – 0,45
Снег сухой
Снег влажный
длин волн целесообразно использовать резонансные свойства объектов (рис. 2).
Применительно к рассматриваемому вопросу основными
материальными характеристиками укрывающих сред являются: плотность, твердость, электрическая проводимость,
диэлектрическая и магнитная проницаемости, коэффициенты отражения и излучения в видимом (0,4 – 0,76 мкм) и
инфракрасном (0,76 – 1000 мкм) диапазонах электромаг-
-2
нитных волн и др. Конкретные значения этих характеристик приведены в табл. 1 [1, 11 – 14].
Одной из существенных характеристик для практики является удельное поглощение зондирующих электромагнитных волн в маскирующем (непрозрачном) слое вмещающей
среды (рис. 3) [1, 11 – 14]. На рис. 3 видно, что при толщине
укрывающего слоя среды более 0,2 – 0,3 м обнаружение
объектов во влажном грунте возможно при длине волны
27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2011
Рис. 2. Теоретические зависимости эффективной поверхности рассеяния основных аппроксимирующих
поверхностей корпусов рукотворных объектов от длины электромагнитной волны
Рис. 3. Зависимость удельного поглощения электромагнитной энергии маскирующим слоем от ее длины волны
28
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ИССЛЕДОВАНИЯ
λ > 1 м, в сухом песке – λ > 0,2 м, а в сухом снеге или растительности – λ > 2 – 3 см. При этом потери сигнала в укрывающем слое не превышают 20 – 30 дБ. Для ближней локации
данные потери приемлемы. Следует отметить, что энергетический потенциал переносных активных поисковых систем
(радиолокационных, радиоволновых, индукционных и др.)
по чувствительности приемных трактов достигает минус
140 – 160 дБ (10-14 – 10-16 Вт) [2]. Таким образом, параметры обнаружения (вероятность, глубина обнаружения) при
нелинейно-параметрической локации рукотворных объектов во многом будут зависеть от уровня содержания вод
в укрывающей среде и уровня ее минерализации. В целом
же, как показывает анализ электрофизических свойств, все
укрывающие среды (вода, грунт, бетон и прочее) являются
фильтром нижних частот, исключение составляет растительность.
Ниже рассмотрим электрические свойства вмещающих
сред (воды, льда, грунтов). Электромагнитные методы и
средства занимают наиболее важное место в локации полупроводящих сред. Для их правильного выбора необходимо
учитывать электрические свойства этих сред. Начнем, прежде всего, с электрических свойств воды, так как они являются определяющими при поглощении электромагнитных
волн.
Электрические свойства воды,
пресноводных льдов и снега
Вода является полярной жидкостью с резко выраженной
зависимостью диэлектрической проницаемости от частоты.
В переменных полях ее диэлектрическая проницаемость является комплексной величиной [11 – 14]:
ε� = ε ′ − jε ′′ = ε ′ − j60λσn ,
(1)
tgδ = ε ′′/ ε ′ = σn /ωεо т н ε ′ ,
(2)
где λ – длина волны, м;
σn – удельная электрическая проводимость, См/м;
ω – циклическая частота, рад/с;
tgδ – тангенс угла потерь;
ε0 – абсолютная диэлектрическая проницаемость свободного пространства, Ф/м;
ε' – действительная часть диэлектрической проницаемости укрывающей среды, Ф/м;
ε'' – мнимая часть диэлектрической проницаемости,
Ф/м;
εотн – относительная диэлектрическая проницаемость
укрывающей среды.
Диэлектрическая проницаемость воды зависит от ряда факторов: температуры, длины лоцируемой электромагнитной
волны, солености. На рис. 4 приведены частотные зависимости ε' и ε'' для морской (соленость S = 30%) и пресной воды
при температуре 0°С. Максимум частотной зависимости ε''
при f ≈ 1010 Гц обусловлен возрастанием потерь в воде вблизи частоты собственных колебаний ее молекул [12, 13].
На рис. 5 приведены зависимости ε' и tgδ пресного льда от
частоты и температуры. При f > 10 Гц скорость изменения
диэлектрической проницаемости остается величиной постоянной (ε' ≈ 3,2) и практически не зависит от частоты и
температуры. Характерны области квазирезонансного поглощения электромагнитной волны для пресного льда в диапазоне низких частот.
Сухой снег представляет собой двухкомпонентную структуру, состоящую из воздуха и кристаллов пресного льда.
Наличие воды (мокрый снег) или каких-либо примесей
сильно изменяет значение его диэлектрической проницаемости. Частотные зависимости ε' и tgδ для снега представлены в табл. 2 [11–14]. Как видно из этой таблицы, при
f > 106 Гц для свежевыпавшего снега ε' ≈ 1,2, а для плотного ε' ≈ 1,5. Характерными признаками мерзлых почв являются нулевая или отрицательная температура и наличие в
них льда. Иногда встречается слоистая мерзлота, для кото-
Рис. 4. Частотные зависимости ε' и ε''для морской (1) и пресной (2) воды
29
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2011
Рис. 5. Частотные зависимости ε' и tgδ для пресного льда при различной температуре,
полученные экспериментально [12]
Таблица. 1. Характеристики снега [1]
Характер снега
f, Гц
ε′
tgδ
Г, дБ/м
Свежевыпавший снег
t = −20° C
t = −6° С
103
3,33
0,4920
7,9∙10-5
104
1,82
0,3420
4,1∙10-4
105
1,24
0,1400
1,4∙10-3
107
1,20
0,0040
3,9∙10-3
3∙108
1,20
0,0012
3,6∙10-2
3∙109
1,20
0,00029
8,7∙10-2
1010
1,26
0,00042
4,3∙10-1
Плотный снег
t = −6° С
105
1,90
1,53
1,6∙10-2
3∙105
1,80
0,8000
2,7∙10-2
106
1,55
0,2900
3,2∙10-2
3∙106
1,55
0,1200
4,0∙10-2
3∙109
1,50
0,0009
3,0∙10-1
рой характерно чередование слоев мерзлых и немерзлых
пород.
При замерзании воды в почвах происходит изменение их физических свойств, в частности, в значительной степени (по
сравнению со случаем немерзлой почвы) уменьшается tgδ
(угол потерь), а также (в меньшей степени) ε'. В общем случае
это ведет к увеличению глубинности поиска локальных объектов с использованием электромагнитных средств.
Географические границы зоны сезонномерзлых и многолетнемерзлых почв и их толщина определяются климатическими условиями. Например, толщина сезонномерзлых
почв колеблется в пределах 0,1 – 5 м, а многолетнемерзлых
30
почв – 20 – 600 м. Температура многолетнемерзлых почв
(на глубине 5 – 10 м) обычно колеблется от 0 до −10° С.
Для мерзлых почв характерны следующие значения:
ε' ≈ 4,2 – 8, tgδ ≈ 4 – 8, при этом удельное затухание радиоволн 4,7 – 7,7 дБ/м (в диапазоне 10 – 100 МГц).
Для морской воды при уровнях солености 5,12 и 12,5% частотные характеристики диэлектрической проницаемости,
скорости распространения радиоволн и удельного затухания в зависимости от частоты (длины волны) радиосигнала
представлены на рис. 6.
Анализ рисунков показывает, что с ростом частоты электромагнитной волны (радиосигнала) или с уменьшением длины
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ИССЛЕДОВАНИЯ
Рис. 6. Частотные характеристики мерзлых почв при различных уровнях солености
при T = –12,5°С (1); –20° С (2); –25° С (3); –30° С (4) [11 – 14]
волны λ (увеличением f – частоты зондирующего сигнала)
в морском льду возрастают удельное затухание и скорость
распространения радиоволн, что значительно влияет на вероятность обнаружения рукотворных объектов в такой укрывающей среде.
Электрические характеристики песчаных
почв и горных пород
Особенностью верхнего слоя земли (осадочных пород) является слоистость, причем отдельные слои отличаются по
своим физическим свойствам.
Типичными осадочными породами являются: песок, глина,
галечник, суглинок, известняк, мел и др. Эти породы пористы и в естественных условиях содержат определенное количество воды, которая просачивается вглубь земли особенно
легко там, где поверхностные слои сложены из водопроницаемых пород (песка, щебня, гальки и т.д.). Вода продвигается
до первого водонепроницаемого слоя (глина, сланцы и т.п.).
На границах этих слоев атмосферные воды задерживаются
и, скапливаясь в пустотах верхних слоев, образуют грунтовые воды. Влагонасыщенность пород зависит от пористости
и температуры [1]. Для сухих горных пород (гранит, базальт,
щебень и др.) в диапазоне 102 – 107 Гц ε' ≈ 10 – 20 и практически постоянна, a tgδ уменьшается с ростом частоты от 0,2
(при f = 102 Гц) до 0,05 ( при f = 107 Гц). Степень влажности
осадочных пород является одним из факторов, существенно
определяющих их электрические характеристики (рис. 7).
Как видно из этого рисунка, удельное затухание Г с увеличением влажности растет и увеличивается на 2 – 3 порядка
при изменении длины волны от 2 м до 8 мм.
Таким образом, анализ влияния укрывающей среды на
процесс обнаружения или регистрации демаскирующих
признаков скрытых объектов показал, что глубина зондирования при нелинейно-параметрической локации во
многом будет зависеть от электрофизических свойств
данных сред. Усиление нелинейных отражающих свойств
рукотворных объектов возможно за счет использования
параметрических эффектов, вызванных различными
возбуждающими физическими полями. В качестве возбуждающих полей целесообразно выбирать те, у которых
удельные потери при прохождении через слой укрывающей среды минимальны. Например, экспериментально
установлено, что при воздействии импульсного магнит-
31
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2011
Рис. 7. Зависимости удельного затухания песчаного ( —) и глинистого (–––)
грунтов от длины волны радиосигнала для различной влажности [1, 11 – 14]
ного поля с амплитудой не менее 1 – 2 кА/м на объект,
имеющий контактные поверхности и укрытый слоем
грунта, принимаемый СВЧ-сигнал на комбинационной
частоте третьего порядка и третьей гармоники увеличивался на 15 – 30 дБ. С физической точки зрения этот эффект объясняется «оптимизацией» контактного давления
при вздрагивании (вследствие магнитострикционного и
пондеромоторного эффектов) металлического объекта. В
данной статье с единой точки зрения сделана попытка показать, что электромагнитный спектр в широком диапазоне частот может быть использован более эффективно
при сочетании различных электромагнитных полей.
Литература
1. Щ
ербаков Г.Н. Обнаружение скрытых объектов – для гуманитарного разминирования, криминалистики, археологии,
строительства и борьбы с терроризмом. М.: − Арбат-Информ, 2004.
2. Щ
ербаков Г.Н. Кандидатская диссертация на специальную тему. М.: − 15 ЦНИИИ им. Д.М. Карбышева, 1979.
3. Щ
ербаков Г.Н. и др. Миноискатель на принципе нелинейной радиолокации А. с. На изобретение №131578 с приоритетом
от 6.05.1978.
4. Ш
тейншлегер В.Б. Нелинейное рассеяние радиоволн металическими объектами. / Успехи физических наук, 1984 − № 1. −
С. 131 – 145.
5. В
ернигоров Н.С., Борисов А.Р., Харин В.Б. К вопросу о применении многочастотного сигнала в нелинейной радиолокации. /Радиотехника и электроника, 1998 − том 43. − № 1.
6. В
асенков А.А., Чигин Е.П. Нелинейный рассеиватель электромагнитных волн с регулируемой плоскостью поляризации. /
Радиотехника и электроника, 2000. − том 45. − № 7.
7. Щ
ербаков Г.Н. Параметрическая локация – новый метод обнаружения скрытых объектов. / Специальная техника, 2000,
− № 4. − С. 52 – 57.
8. Щербаков Г.Н., Николаев А.В., и др. Рассеяние радиоволн параметрическими вибраторами. / Специальная техника, 2008.
− №№ 5 – 6.
9. Г
орбачев А.А. Особенности зондирования электромагнитными волнами сред с нелинейными включениями. / Нелинейный
мир, 2009. − №№ 7 – 9.
10. Щ
ербаков Г.Н. Докторская диссертация на специальную тему. М.: − ВИА им. В. Куйбышева, 1992.
11. Д
олуханов М.П. Распространение радиоволн. М.: − Связьиздат, 1960. − 390 с.
12. Ф
инкельштейн М.И., Мендельсон В.Л. Радиолокация слоистых земных покровов. М.: − Советское радио, 1977. − 174 с.
13. К
инг, Г. Смит. Антенны в материальных средах: В 2-х книгах. Кн. 2. Пер. с англ. М.: − Мир, 1984. − 824 с.
14. Ч
ерный Ф.Б. Распространение радиоволн. М.: − Сов. Радио, 1962. − 471 с
32
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
обзор
ЩЕРБАКОВ1 Григорий Николаевич,
профессор, доктор технических наук
НИКОЛАЕВ2 Алексей Владимирович,
доцент, кандидат технических наук
ПРОХОРКИН3 Александр Геннадьевич,
кандидат технических наук
УСМАНОВ4 Рашид Ильнурович,
кандидат технических наук
ШЛЫКОВ5 Юрий Александрович,
кандидат технических наук
ИССЛЕДОВАНИЕ РАССЕИВАЮЩИХ
СВОЙСТВ НЕЛИНЕЙНОГО
БИКОНИЧЕСКОГО ОТРАЖАТЕЛЯ –
ФИЗИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ БОЕПРИПАСА
С ЭЛЕКТРОННЫМИ УСТРОЙСТВАМИ
В статье рассмотрены особенности рассеивающих электромагнитных свойств современных боеприпасов с электронными
датчиками целей в широком диапазоне радиоволн. При исследовании его свойств в качестве физической модели предлагается
использовать биконический вибратор, нагруженный на полупроводниковый диод. Показано, что для локации боеприпасов,
укрытых в толще грунта, целесообразно использовать многочастотные зондирующие сигналы.
Ключевые слова: нелинейные эффекты, нелинейная радиолокация, электромагнитное поле, удельное поглощение
электромагнитной волны, нелинейная эффективная поверхность рассеяния.
In article features of disseminating electromagnetic properties of a modern ammunition with electronic gauges of the purposes in a wide
range of radio-waves are considered. At research of its properties as physical model it is offered to use the broadband vibrator loaded
on the semi-conductor diode. It is shown, that for a location of the ammunition covered in thickness of a ground, it is expedient to use
multifrequency probing signals.
Keywords: nonlinear effects, nonlinear radar-location, electromagnetic field, specific absorption of an electromagnetic wave, nonlinear
effective surface of dispersion.
В
последнее время внимание специалистов, занимающихся гуманитарным разминированием, борьбой с терроризмом, криминалистикой и другой деятельностью все
больше привлекает обнаружение скрытых объектов в различных укрывающих средах. Решение этих задач с использованием линейных радиолокационных методов сопряжено
с большими трудностями селекции объектов на фоне сильных отражений от поверхности укрывающей среды (земли,
листвы, деревьев, морской поверхности и т. п.). Идея локации объектов искусственного происхождения, обладающих
нелинейными свойствами, возникла в 70-х годах прошлого
столетия. Данное направление получило название нелинейной радиолокации. Сущность эффекта, используемого в нелинейной радиолокации, заключается в том, что некоторые
объекты или их элементы (полупроводниковые радиоэлементы, точечные прижимные металлические контакты) при
облучении электромагнитной волной обладают способностью генерировать спектральные составляющие, отсутствующие в спектре падающей электромагнитной волны. Избирательный прием этих составляющих позволяет расширить
возможности нелинейных радиолокационных станций в
сравнении с обычными станциями, использующими линей-
− ВУНЦ СВ «Общевойсковая академия ВС РФ», старший научный сотрудник;
− ВУНЦ СВ «Общевойсковая академия ВС РФ», докторант; 3 − ВУНЦ СВ «Общевойсковая академия ВС РФ», начальник научноисследовательской лаборатории; 4 − ВУНЦ СВ «Общевойсковая академия ВС РФ», начальник научно-исследовательского отдела;
5
− ОАО «РусГидро», начальник департамента
1
2
33
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2011
но-отраженный сигнал. Таким образом, удается избавиться
от сильных фоновых отражений, которые в ряде случаев делают невозможным использование обычных радиолокационных методов поиска и обнаружения объектов.
Процесс обнаружения объектов, содержащих в своем составе полупроводниковые элементы, в нелинейной радиолокации имеет ряд особенностей. Как правило, для обнаружения таких элементов используются сверхвысокочастотные
зондирующие поля на частотах f = 0,3 – 1 ГГц. При этом в
процессе формирования гармоник и комбинационных частот рассеянного, например, боеприпасом с электронными
устройствами, электромагнитного поля особую роль будут
играть p-n-переходы полупроводниковых элементов (транзисторов, диодов).
В известной литературе, в области нелинейной радиолокации отсутствуют публикации, отражающие особенность
формирования гармоник и комбинационных частот при использовании многочастотных радиосигналов, а также сигналов на частотах свыше 1 ГГц. Кроме того, в известной литературе в качестве нелинейных отражателей, как правило,
рассматриваются резонансные электрические вибраторы,
нагруженные на СВЧ-диоды [1 – 4]. Такие физические модели зачастую снижают практическую значимость результатов исследований, т.к. не позволяют выявить особенности
преобразования сигнала в широком диапазоне частот.
Целью статьи является исследование возможности обнаружения боеприпасов, включающих электронные компоненты, с использованием в качестве физической модели широкополосного нелинейного биконического отражателя, а
так же изучение закономерностей изменения нелинейной
эффективной поверхности рассеяния (НЭПР) на частотах
падающего поля от 0,5 до 3 ГГц. Выявление степени и характера влияния нелинейных элементов рукотворных объектов
на отраженный радиосигнал, обеспечивает возможность
прогнозирования величины НЭПР реальных боеприпасов
с электронными устройствами (при наличии априорной информации об их элементной базе).
Для исследования величины НЭПР нелинейного элемента
использовалась следующая методика:
1) а
нализ явления и обоснование физической модели нелинейного отражателя;
2) р
азработка математической модели расчета тока в широкополосной биконической антенне, нагруженной на нелинейный элемент;
3) м
оделирование процесса рассеяния радиоволн на биконическом нелинейном отражателе;
4) анализ результатов моделирования.
Важно установить влияние электрических характеристик
точечного элемента – полупроводникового диода на НЭПР
всего отражателя. Целесообразно, чтобы основные параметры выбранного отражателя мало изменялись в диапазоне
частот анализируемых гармоник и комбинационных частот.
Это обеспечит большую ясность при анализе физических
процессов формирования вторичного сигнала нелинейным
точечным элементом. В известных работах в области нелинейной радиолокации в качестве линейной части отражателя использовался резонансный электрический вибратор.
Однако параметры такого вибратора значительно изменяются при изменении длины волны электромагнитного поля,
34
Рис. 1. Биконический вибратор с нелинейным элементом
– физическая модель боеприпаса с электронными
устройствами
что вызывало затруднение при интерпретации результатов
исследований. Поэтому предлагается использовать не проволочный вибратор, а биконический (рис. 1). Известно, что
основные параметры этого вибратора при больших углах
между осью конуса и его образующей практически постоянны в 4-5-кратном диапазоне частот [5, 6]. Известно [6],
что при 2πl/λ > 1 входное сопротивление этого вибратора
чисто активное и практически постоянно в широком диапазоне длин волн (при ϕ = 30� и длине образующей, равной
0,1 м, сопротивление биконической антенны в диапазоне
частот от 500 МГц до 3 ГГц составит ra ≈ 200 Ом). Кроме того,
по своей форме биконический отражатель имеет объемную
(трехмерную) структуру, более близкую к реальным объектам поиска, чем проволочный вибратор. Таким образом, использование биконического вибратора (соответствующего
размерам реальных объектов поиска) в качестве линейной
части нелинейного отражателя позволяет наиболее корректно оценить влияние его нелинейной нагрузки (p-n-перехода полупроводникового прибора) на величину НЭПР в
чистом виде. Соответственно физическая модель в виде биконического отражателя, нагруженного на p-n-переход полупроводникового прибора, наиболее близко соответствует
реальному физическому процессу.
В качестве нелинейного элемента рассматривается полупроводниковый диод. Полный ток через p-n-переход диода
складывается из диффузионного тока, обусловленного движением носителей заряда вследствие наличия градиента их
концентраций, и дрейфового тока, создаваемого движением носителей заряда в электрическом поле.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ИССЛЕДОВАНИЯ
тивления p-n-перехода. При больших токах дифференциальное сопротивление перехода мало и общее сопротивление определяется сопротивлением базы. При этом зависимость тока от напряжения представляет собой линию, угол
наклона которой пропорционален величине rб.
Величина сопротивления перехода не остается постоянной
на разных частотах. Зависимость rп от частоты для малого
сигнала определяется выражением [7]
rn (ω ) =
Рис. 2. Эквивалентная схема полупроводникового диода
Таким образом, полный ток через p-n-переход полупроводникового диода можно описать выражением
i (t ) = i0 (eλU − 1),
(1)
где i0 – обратный ток, определяемый физическими свойствами полупроводникового материала; U – напряжение на
полупроводниковом диоде; λ = q/kT – величина, зависящая
от температуры p-n-перехода, при комнатной температуре
λ-1=25 мВ, q – величина заряда электрона; T – абсолютная
температура.
У реального диода необходимо учитывать также сопротивление базы rб, емкость корпуса Ск, индуктивность выводов
и контактной пружины, соединяющей кристалл с одним из
выводов Ls, а также емкость p-n-перехода Сп. В общем случае диод может быть представлен эквивалентной схемой,
изображенной на рис. 2.
Индуктивность Ls составляет 1 − 20 нГн, поэтому ее имеет
смысл учитывать на частотах свыше 100 МГц, где сопротивление ωLs становится соизмеримым с прямым сопротивлением
диода. Емкость корпуса Ск современных СВЧ-диодов обычно
не превышает 0,1–1 пФ. Сопротивление перехода rп шунтируется емкостью Сп. В зависимости от величины напряжения,
приложенного к диоду, меняются величины rп и Сп.
Последовательно с p-n-переходом диода меняется сопротивление базы rб. При больших прямых токах падение напряжения на сопротивлении базы соизмеримо с падением на
переходе. С учетом сопротивления базы аналитическое выражение зависимости тока диода от приложенного к нему
напряжения может быть представлено в следующем виде
I = I 0 ( eλ (U − Irб ) − 1).
(2)
Проведя логарифмирование и дифференцирование выражения (2), получим дифференциальное сопротивление в
любой точке прямой ветви вольтамперной характеристики
Rд =
1
+ rб .
λ ( I + I0 )
(3)
Из формулы (3) следует, что при малых токах дифференциальное сопротивление зависит главным образом от сопро-
2
,
(4)
2 2
p
λ (I + I0 ) 1 + 1 + ω τ
где τр – среднее время жизни дырок в n-области.
Емкость Сп при прямом смещении диода состоит из барьерной емкости Сб и диффузионной емкости Сд, обусловленных
неосновными носителями в нейтральных областях диода.
Частотная зависимость барьерной емкости проявляется
только на частотах, соизмеримых с частотой диэлектрической релаксации материала
fε = 1 / 2πε 0ερ .
(5)
Так, для германия с удельным сопротивлением 0,1 Ом∙см
частота fε ≈ 1012 Гц. Поэтому на частотах вплоть до 1012 Гц
зависимостью емкости Сб от частоты можно пренебречь.
Величина барьерной емкости зависит от напряжения на переходе и для диодов с резким переходом определяется соотношением [7]
1
−
εε 0 qN
Cб = S
= A0 (U + ϕк ) 2 ,
2(U + ϕк )
(6)
где А0 – коэффициент, учитывающий константы и геометрию
сплавного перехода; ϕк – контактная разность потенциалов.
Для диодов с плавным переходом (диффузные диоды) выражение для барьерной емкости имеет вид [7]
Cб = S 3
1
−
εε 0 qN
= A0 (U + ϕк ) 3
12(U + ϕк )
,
(7)
где А0 – коэффициент, учитывающий константы и геометрию диффузного перехода.
Диффузионная емкость диода пропорциональна прямому
току и времени жизни τр неосновных носителей и определяется соотношением
1
Cд = ( I + I 0 )τ p λ .
2
(8)
Величина диффузионной емкости зависит также и от частоты, причем эта зависимость особенно заметна на частотах,
соизмеримых с временем жизни неосновных носителей в
базе диода [7]
Cдиф (ω ) =
λτ p ( I + I 0 )
.
(9)
2 2
p
2 1+ 1+ ω τ
35
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2011
Рис. 3. Эквивалентная схема биконического нелинейного отражателя:
а − при прямом включении; б − при обратном включении
Диффузионная емкость даже при небольших прямых токах
значительно превосходит барьерную, поэтому при прямом
включении диода барьерной емкостью можно пренебречь.
При обратном включении диода барьерная емкость значительно превышает диффузную.
Таким образом, основными параметрами диода являются:
♦♦ индуктивность выводов Ls;
♦♦ емкость корпуса Ск;
♦♦ дифференциальное сопротивление, включающее в себя сопротивление перехода, базы, омического контакта
и выводов.
При работе диода в прямом направлении необходимо дополнительно учитывать диффузную емкость p-n-перехода
Сдиф, а при обратном включении – барьерную емкость p-nперехода Cб.
С учетом этого эквивалентная схема биконической антенны,
нагруженной на полупроводниковый диод, для прямого и обратного включения примет вид, показанный на рис. 3.
На эквивалентных схемах, представленных на рис. 3, параметр ra представляет собой сопротивление биконического
вибратора, приведенное к точкам включения нелинейного
R дпр =
RΣ λ ( i (t ) + i0 ) k2 + 2k1
RΣ λωCk ( i (t ) + i0 ) k2 + 2k1ωCk + λ ( i (t ) + i0 ) k2
Rд обр =
,
(10)
2 RΣ A0ω + RΣ λ k1k3 ( i (t ) + i0 ) + 2k3
,
2 RΣ A0 λω Ck + RΣ λ k1k3ωCk ( i (t ) + i0 ) + 2k3ωCk + 2 A0ω + λ k1k3 ( i (t ) + i0 )
2
k1 = 1 + 1 + ω 2τ p2 ,
,
(11)
(12)
(15)
k2 = k12 + ωτ p ,
(13)
k3 = e(t ) + ϕk ,
В результате решения уравнений (15) были получены аналитические выражения описывающие амплитуду тока i(t) в
биконической антенне
(14)
где RΣ = ωLs + rб – суммарное сопротивление базы и индуктивности выводов элемента.
При использовании второго закона Кирхгофа уравнение
для электрических цепей (рис. 3), примет вид (15).
36
элемента. Данное сопротивление является чисто активным
и равно сопротивлению излучения в широком диапазоне
частот от λ ≈ πl до λ ≈ πl/(4…5), где l – длина плеча вибратора. Коэффициент направленного действия (КНД) биконического вибратора при этом приблизительно равен КНД
полуволнового вибратора, т.е. 1,6. Таким образом, основные
параметры биконического вибратора практически не изменяются в широком диапазоне частот, следовательно, сопротивление антенны rа можно считать постоянной величиной.
Учитывая, что эквивалентная схема различна для случаев
прямого и обратного включения диода, в зависимости от
приложенного к нему напряжения, то и рассматривать эти
случаи следует отдельно. Для определения тока, протекающего через нелинейный элемент, нагруженный на биконическую антенну, производился расчет дифференциального
сопротивления электрической цепи полупроводникового
диода на основании эквивалентных электрических схем,
представленных на рис. 3. Выражения для расчета сопротивления диода с учетом рассмотренных паразитных емкостей и индуктивностей имеют следующий вид для прямого и
обратного включения:
(16)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ИССЛЕДОВАНИЯ
inp (t ) =
−ra RΣ λω Ck i0 k2 − 2ra k1ω Ck − ra λ k2i0 − RΣ λ k2i0 + e(t ) RΣ λωCk + e(t )λ k2 + Dnp
2 ( ra RΣ λωCk k2 + ra λ k2 + RΣ λ k2 )
(
Dnp = ra RΣ λω Ck i0 k2 + 2ra k1ω Ck + ra λ k2i0 + RΣ λ k2i0 − e(t ) RΣ λω Ck − e(t )λ k2
+4 ( ra RΣ λω Ck k2 + ra λ k2 + RΣ λ k2 ) ( ra RΣ λω Ck k2i0 + RΣ λ k2i0 ) ,
i обр(t ) =
− raωCk
(
(
(
2
(17)
+
(18)
)
2 RΣ A0ω + RΣ λ k1k3i0 + 2k3 − ra 2 A0ω − λ k1k3i0 ( ra + RΣ ) − 2 RΣ A0ω − 2k3 + e(t )λ k1k3 (ωCk RΣ + 1)
2 ( ra RΣ λωCk k1k3 + ra k1k3λ + RΣ λ k1k3 )
+
Dnp = raωCk
)
,
Dобр
,
2 ( ra RΣ λωCk k1k3 + ra k1k3λ + RΣ λ k1k3 )
)
(19)
(
)
Полученные аналитические выражения (16) – (20) описывают ток, протекающий в биконической антенне, нагруженной на полупроводниковый диод. Этот ток будет
возбуждать в антенне колебания, которые излучаются ею
в пространство. Поскольку форма тока в антенне за счет
воздействия нелинейного элемента (полупроводникового
диода) будет отличаться от формы возбуждаемых в ней высокочастотных колебаний Е(t), то это приведет к появлению
в переизлучаемом сигнале дополнительных гармонических
и комбинационных составляющих.
Для расчета НЭПР нелинейного отражателя используется
выражение [8, 9]:
σ н = 4π r 2 Пnp
П пад
,
(21)
где r – расстояние до нелинейного отражателя; Ппр –
плотность потока мощности в точке приема на частоте исследуемой гармоники; Ппад – плотность потока мощности,
падающего на нелинейный отражатель на частоте первичного поля.
Плотность потока мощности Ппр определяется формулой
Pн Dn
,
4π r 2
(22)
где Рн – мощность, рассеиваемая нелинейным отражателем
на гармонике; Dn – коэффициент направленного действия
биконического отражателя на гармонике или комбинационной частоте.
В свою очередь мощность, рассеиваемая нелинейным биконическим отражателем на гармонике, будет равна
Pн =
)
2
2 RΣ A0ω + RΣ λ k1k3i0 + 2k3 + ra 2 A0ω − λ k1k3i0 ( ra + RΣ ) + 2 RΣ A0ω + 2k3 − e(t )λ k1k3 (ωCk RΣ + 1) +
+ 4e(t ) ( ra RΣ λωCk k1k3 + ra k1k3λ + RΣ λ k1k3 ) ωCk ( 2 RΣ A0ω + RΣ λ k1k3i0 + 2k3 ) + 2 A0ω + λ k1k3i0 .
Пnp =
+
Uг2
= 0,5iг2 ra .
2ra
(23)
(20)
Величина плотности потока мощности СВЧ-поля, падающего на отражатель, определяется выражением [10]:
Ппад =
π 2E2
2λ 2 ρ0
,
(24)
где λ1 – длина волны первичного поля; ρ0 – волновое сопротивление свободного пространства.
Таким образом, с учетом (22–24) выражение для расчета
НЭПР нелинейного биконического отражателя примет вид:
ρ0 Dn λ12 ra iг2
σн =
π 2 Eм2
.
(25)
Для оценки величины комбинационных составляющих в
переизлученном сигнале использовалось преобразование
Фурье, с помощью которого определялись токи iг дополнительных гармоник, характеризующих НЭПР. По амплитуде
полученных в результате преобразования Фурье токов комбинационных гармоник рассчитывалась НЭПР биконического отражателя.
Результаты оценки НЭПР биконического вибратора, нагруженного на полупроводниковый диод (с помощью предложенной математической модели), для гармоник с частотами
f1 + f2 и 2f2 - f1, представлены на рис. 4, 5. Для получения данных зависимостей в диапазоне частот от 0,5 до 3 ГГц использовались следующие параметры Ls = 0,01 мкГн, ra = 200 Ом,
rb = 40 Ом, Eм = 5,2 В, i0 = 10–6 А, λ = 40 В–1, А0 = 10–11,
ρ0 = 120π Ом, Dn = 1,6. При этом необходимо отметить, что
наводимая на антенне ЭДС Eм = 5,2 В соответствует плотности потока мощности падающей волны 1 Вт/м2 для частот
f1 ≈ f2 ≈ 500 МГц.
Формирование расчетных данных осуществлялось для трех
значений входной емкости полупроводникового элемен-
37
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2011
Рис. 4. НЭПР биконического вибратора на частоте f1 + f2
Рис. 5. НЭПР биконического вибратора на частоте 2f2 – f1
та Ск: 10, 1 и 0,1 пФ. Указанные значения Ск соответствуют
среднечастотным, высокочастотным и сверхвысокочастотным полупроводниковым элементам.
Анализ зависимостей, представленных на рис. 4, 5, показывает, что при увеличении частоты зондирующего сигнала происходит закономерное снижение величины НЭПР. Это вызвано закорачивающим влиянием емкости выводов Ск и потерями энергии на индуктивности Ls. Необходимо отметить,
что наиболее существенное влияние на величину НЭПР оказывает значение входной емкости, которое не зависит от величины наведенной ЭДС на выводах биконической антенны
и линейно шунтирует ток через p-n-переход. Таким образом,
из анализа следует, что для искусственных объектов поиска,
использующих в своем составе современную элементную
базу с малыми Ск, с ростом частоты зондирующего сигнала
величина НЭПР снижается менее интенсивно.
Для сравнения возможностей обнаружения боеприпасов с
электронными устройствами с помощью одночастотного и
38
двухчастотного метода нелинейной радиолокации проводилось моделирование отражений от нелинейного биконического вибратора при облучении его сигналом на одной частоте f1. При этом анализировался уровень нелинейных гармоник с частотами 2f1 и 3f1. Результаты моделирования для
одночастотного облучающего сигнала приведены на рис. 6.
Сравнение данных, приведенных на рис. 6 и рис. 4, 5 показывает, что величины НЭПР нелинейного биконического
отражателя на частоте 2f1 незначительно отличаются от
частот f1 + f2 для двухчастотного метода. Однако комбинационная гармоника третьего порядка 3f1 имеет амплитуду
существенно меньшую, чем на частоте 2f2 – f1. Это обусловлено тем, что для более высокой частоты 3f1 весьма сильное
влияние оказывает закорачивающее воздействие входной
емкости полупроводникового элемента.
Таким образом, для поиска объектов, содержащих нелинейные элементы, такие как современные полупроводниковые
приборы с малыми значениями входных емкостей, возмож-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ИССЛЕДОВАНИЯ
Рис. 6. НЭПР биконического вибратора на частоте 2f1 (а) и 3f1 (б)
но использование зондирующих сигналов на частотах до 2,5
ГГц. При этом при локации целесообразно использовать два
и более зондирующих СВЧ-сигналов, а анализ осуществлять
на комбинационных составляющих второго и третьего порядка. Это обусловлено значительной большей энергетикой составляющих на частоте 2f2 – f1, по сравнению с час-
тотой 3f1 для одночастотного метода локации. Кроме того,
обратная волна на комбинационной частоте третьего порядка будет иметь меньший декремент затухания при нахождении боеприпаса в толще грунта, а диаграмма рассеяния меньшие «провалы» в сравнении с одночастотной
локацией.
Литература
1. Н
елинейные электромагнитные волны. Пер. с англ. /под ред. Веденова А. А., − М.: Мир, 1983.
2. Штейншлегер В.Б. Нелинейное рассеяние радиоволн металлическими объектами. /Успехи физических наук, 1984. − №1.
− С. 131−145.
3. К
узнецов А.С., Кутин А.И. Методы исследования нелинейного рассеяния электромагнитных волн. /Зарубежная радиоэлектроника, 1985. − №4. − С. 41−53.
4. И
шанин Г.Г. Приемники излучения оптических и оптико-электронных приборов. − Л.: Машиностроение, 1986.
5. Щ
елкунов С., Фрис Г. Антенны. − М.: Советское радио, 1955.
6. Драбкин А.Л., Зуенко В.Л. Антенно-фидерные устройства. − М.: Советское радио, 1961.
7. П
олупроводниковые диоды. Параметры, методы измерений. /Под ред. Горюнова Н.Н. и Носова Ю.Р. − М.: Советское
радио, 1968.
8. Кобак В.О. Радиолокационные отражатели. − М.: Советское радио, 1973.
9. Финкельштейн М. И. Основы радиолокации. − М.: Советское радио, 1973.
10. Айзенберг Г.З., Белоусов С.П. и др. Коротковолновые антенны. − М.: Радио и связь, 1985.
39
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2011
ДВОРЯНКИН1 Сергей Владимирович,
доктор технических наук, профессор
МИШУКОВ2 Андрей Андреевич
СЕПАРАЦИЯ И МАСКИРОВКА
РЕЧЕВЫХ СООБЩЕНИЙ В
МНОГОКАНАЛЬНЫХ СИСТЕМАХ
КОНФИДЕНЦИАЛЬНОЙ
ГОЛОСОВОЙ СВЯЗИ
Для обеспечения эффективной защиты речевой информации в многоканальных системах конфиденциальной голосовой связи,
целесообразно управлять основным показателем защищенности речевой информации, а именно разборчивостью речи как
комплексного речевого сигнала, так и составляющих его речеподобных сигналов через цифровую обработку изображений
их графических образов путем процедур сепарации и маскирования. Результаты экспериментального тестирования
предложенных организационно-технических моделей по управлению разборчивостью речи для защиты конфиденциальных
переговоров в каналах голосовой связи полностью подтвердили их экономичность, эффективность и работоспособность.
Ключевые слова: защита речевой информации, разборчивость речи, каналы голосовой связи.
With aims of effective protection of the speech information in multichannel systems of a confidential voice communication, it is offered
to operate the basic indicator of security, namely speech legibility, both a complex speech signal and making it similar speech signals,
through digital processing of their graphic images by separation and masking procedures. Results of experimental testing offered
organizational-technical models of speech legibility management for protection of confidential negotiations in voice communication
channels have completely confirmed their profitability, efficiency and working capacity.
Keywords: protection of the speech information, speech legibility, voice communication channels.
С
овременное состояние проблемы защиты речевой информации
(ЗРИ) характеризуется постоянным
расширением арсенала методов и
средств негласного съема и перехвата акустических (речевых) сигналов,
технические характеристики и способы применения которых неуклонно совершенствуются злоумышленниками (ЗЛ) [1, 5].
Это особенно справедливо для систем головой связи, передача речевой
информации (РИ) в которых остается
одной из самых востребованных пользователями [1].
1
40
2
Характеристики речи
Речевой сигнал − носитель РИ, является
сложным акустическим сигналом в небольшом диапазоне частот (70 – 12 000
Гц), который может включать целый
спектр элементарных гармонических
составляющих, квазистационарных на
относительно коротких временных интервалах (до 30 – 40 мс).
Речь может быть охарактеризована
тремя группами характеристик:
♦♦ семантическая или смысловая сторона речи – характеризует смысл
тех понятий, которые передаются
– Российский новый университет, проректор;
– Российский новый университет, аспирант.
при ее помощи, определяет суть передаваемого речевого сообщения
и может быть представлена в письменной форме в виде текста;
♦♦ фонетические характеристики речи
– данные, характеризующие речь
с точки зрения ее звукового состава. Основной фонетической характеристикой звукового состава является частота встречаемости в речи
различных звуков и их сочетаний;
♦♦ физические характеристики – величины и зависимости, характеризующие речь как акустический сигнал;
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ТЕХНОЛОГИИ
♦♦ индивидуальные
характеристики
речи – параметры, идентифицирующие личность говорящего.
О
собенности современной
голосовой связи
Как часть телекоммуникационной информации речевая информация обрабатывается техническими средствами
и/или передается по линиям (каналам)
связи. Причем под обобщенным термином «обработка информации» понимается совокупность операций сбора, накопления, ввода, вывода, приема,
передачи, записи, хранения, регистрации, уничтожения, преобразования и
отображения информации.
Сегодня процессы качественного и безопасного приема-передачи РИ по различным каналам телекоммуникаций
характеризуются появлением новых
особенностей применения, удовлетворяющим все новым запросам пользователей.
Так, в соответствии с данными Федеральной службы государственной статистики, в среднем по России на одного абонента в трудоспособном возрасте
населения (для мужчин 16−59 лет, для
женщин 16−54 года) уже приходится
более 3 каналов голосовой связи, включая системы передачи данных (рис. 1).
Абоненты для проведения переговоров
имеют возможность соединяться друг
с другом посредством различных типов
каналов телекоммуникаций: VoIP, проводная и сотовая связь. Пользователь
сам выбирает канал голосовой связи,
который в данный момент ему наиболее удобен. Таким образом, помимо
традиционной модели голосовой связи двух абонентов по одному каналу
(рис. 2) сегодня уже используются современные модели голосовой связи абонентов по схеме «два абонента − много
линий связи» (рис. 3) и по схеме «много
абонентов − много линий связи» для
многосторонней связи: совещаний и
аудиоконференций (рис. 4).
Заметим, что, помимо собственно аудиоконференций, последняя модель
очень часто применяется в ходе проведения различного рода видеоконференций, которые все чаще используются в деловой среде.
В процессе переговоров по указанным
схемам речевой сигнал (РС) может неоднократно преобразовываться из ана-
Рис. 1. Число подключенных терминалов (каналов) голосовой связи
на 1 человека в трудоспособном возрасте на территории России
Рис. 2. Традиционная модель связи абонентов
(два абонента − одна линия связи)
Рис. 3. Современная модель связи абонентов
(два абонента − много линий связи)
логовой формы представления в цифровую и проходить различные участки и оборудование линий голосовой
связи: телефон − телефон; компьютер
− компьютер; телефон − компьютер;
компьютер − телефон [1 − 3]. На некоторых участках штатными средствами
операторов связи может обеспечиваться защита РС от перехвата и прослушивания, а на некоторых − нет.
41
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2011
Рис. 4. Модель многоточечной аудиоконференции (много абонентов − много линий связи).
онфиденциальная РИ,
К
угрозы и что защищать?
Такая многозвенность, мультимодальность и многоканальность речевой связи предопределяет право абонентов на
выбор наиболее приемлемого канала
речевой связи, обуславливает современные тенденции ее развития и новые требования к защите РИ от несанкционированного доступа (НСД) и DOS,
прежде всего, при организации многосторонних аудио-, видеоконференций
и вебинаров, на которых обсуждаются
вопросы, связанные с коммерческой,
врачебной, служебной и другими видами тайн, относящимися к разряду конфиденциальной информации.
Непрекращающийся интерес к защите
конфиденциальной РИ в каналах телекоммуникаций обусловлен следующими двумя видами угроз со стороны ЗЛ
− НСД и блокирование канала голосовой связи или отказ в обслуживании
[1 − 5].
В первом случае источником угрозы
является либо недобросовестная конкуренция в целях получения подробной информации о конкретных хозяйствующих субъектах, в том числе
информации об их интеллектуальной
собственности, либо необходимость
42
получения ЗЛ подробной информации
о личной жизни конкретных физических лиц, а также их персональных данных для реализации в последующих
противоправных действиях.
Во втором случае – дестабилизация
работы конкретных хозяйствующих
субъектов, хулиганство в отношении
конкретных физических лиц или неограниченного круга лиц.
В любом случае надо исходить из того,
что ЗЛ имеет возможность получить
доступ к каналу голосовой связи, знает
время и место проводимых конфиденциальных переговоров, частично предполагает, кем и о чем будет вестись беседа. Исходя из этого, на первый план
речевых характеристик, подлежащих
защите, выходит семантическая составляющая речевой информации, определяющая смысловое содержание
передаваемого РС и тесно связанная с
показателями речевой разборчивости
и понятности.
Т
ехнологии защиты.
Куда идти?
Сегодня известны две основные технологии защиты речевых сообщений,
отличающиеся способами передачи
по каналам связи речевых сообщений:
аналоговое скремблирование и диск-
ретизация речи с последующим шифрованием [3, 4].
Методы аналогового скремблирования
успешно используются в тактическом
звене военного и государственного управления, а также в коммерческих каналах связи для защиты конфиденциальных речевых сообщений, обеспечивая достаточно приемлемое качество и
разборчивость восстановленной речи,
пока более высокие, чем у узкополосных цифровых систем защиты, при относительно низкой цене.
Цифровые методы кодирования, при
всей своей надежности пока еще не
отличаются простотой технической
реализации и высоким качеством восстановленной речи при своей еще достаточно высокой стоимости.
К сожалению, эти традиционные технологии обеспечения безопасности речевых сообщений (ОБРС) не в полной
мере соответствуют обозначенным
особенностям современной многоточечной голосовой связи. Прежде всего,
из-за наличия процессов синхронизации в процедурах речевой обработки на обоих концах канала голосовой
связи, а также из-за чувствительности
алгоритмов закрытия речи к потерям и
запаздываниям пакетов аудиоданных.
Поэтому указанные технологии применимы только для одного защищен-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ТЕХНОЛОГИИ
ного режима работы и только двух абонентов, работающих только в одном
канале связи (рис. 2), с учетом наличия
у обоих (или у оператора связи) сложного и достаточно дорогостоящего оборудования защиты РИ.
Появившиеся в последние годы методы и средства аддитивного маскирования РС шумом или другими сложными
акустическими сигналами, принудительно введенными в канал голосовой
связи в целях затруднения восприятия
РС злоумышленником, также ориентированы на традиционную модель голосовой связи (рис. 2) и не всегда пригодны для реализации в многоточечной
аудио-видеоконференции с множеством используемых каналов. Тем не
менее новые методы маскирования,
непосредственно связанные с процессами речепреобразования защищаемых сигналов, могут оказаться весьма
перспективными и требуют своего исследования.
На что опереться?
Таким образом, удовлетворить требованиям современных групповых пользователей по защите от НСД и блокирования конфиденциальной РИ, передаваемой по различным общедоступным каналам связи, как-то: проводная
телефония, сотовые и компьютерные
сети, − можно уже сегодня на основе
методов и ПО управления речевой разборчивостью (РР), реализованных на
стандартных средствах вычислительной техники. Для этого можно восполь-
зоваться наработанным потенциалом в
области защиты РИ, доступной ЗЛ по
техническим каналам утечки речевой
информации (ТКУРИ) в выделенных
помещениях (ВП) проведения конфиденциальных переговоров. Под ними
понимаются специальные помещения
(служебные кабинеты, актовые залы,
конференц-залы и т.д.), которые так и
называются выделенными или защищаемыми помещениями, предназначенными для обсуждения информации
ограниченного доступа (совещаний,
обсуждений, конференций, переговоров и т.п.).
Анализ перехваченной с помощью технических средств акустической (речевой) разведки информации производит
человек. Поэтому в качестве нормативного показателя оценки эффективности защиты выделенных помещений от
утечки речевой информации по техническим каналам используется словесная разборчивость речи W, под которой
понимается относительное количество
(в процентах) правильно понятых человеком слов, перехваченных (зарегистрированных) средством разведки.
Управление речевой разборчивостью
в ВП заключается в инструментальном
методе ее оценки, сравнении с заданным показателем (нормой) и при необходимости реализации комплекса
мер по нейтрализации ТКУРИ путем
уменьшения РР до нормированного
значения посредством постановки активных акустических помех или реализации комплекса мер по усилению
пассивной акустозащиты: установки
заграждающих экранов, звукоизоляционных материалов и т.п. [5].
Содержание и критерии эффективности защиты РИ в технических каналах ее утечки показаны в табл. 1.
Указанный подход может быть применим не только к защите конфиденциальных переговоров в выделенных
помещениях, но и к защите голосовой
связи, современные системы которой,
как уже отмечалось, характеризуются
многозвенностью, мультимодальностью, многоканальностью и большим
числом абонентов, участвующих в переговорах.
Основная идея
В этой связи речевой сигнал каждого
из абонентов конфиденциальных переговоров будем рассматривать как совокупность, а иногда и как сумму нескольких речеподобных сигналов, каждый из
которых имеет свою РР со значением
менее заданного уровня (нормы) и может быть передан другому собеседнику
по своему отдельному каналу.
S (t ) =  sk (t )
K
S (t ) = ∑ sk (t )
K
Wsk ≤ Wn
Такой отдельный РС, будучи возможно перехваченным в одном из
контролируемых каналов связи, уже
Таблица 1. Цель и критерии эффективности защиты РИ в технических каналах ее утечки
Цель защиты
Потенциальные технические каналы утечки информации
Критерий
эффективности защиты
Скрытие факта ведения
переговоров в ВП
Прямой акустический, акустовибрационный, акустооптический, акустоэлектрический, акустоэлектромагнитный
Wn ≤ 10%
Скрытие предмета
переговоров в ВП
Прямой акустический, акустовибрационный, акустооптический, акустоэлектрический, акустоэлектромагнитный
Wn ≤ 20%
Скрытие содержания
переговоров в ВП
Прямой акустический, акустовибрационный, акустооптический, акустоэлектрический, акустоэлектромагнитный
(прослушивание с использованием технических средств)
Wn ≤ 30%
Скрытие содержания
переговоров в ВП
Прямой акустический без применения технических средств
(непреднамеренное прослушивание)
Wn ≤ 40%
43
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2011
Рис. 5. Общая схема многоканальной системы маскированной речевой связи
не будет понятен нарушителю. У легального же пользователя на приемном конце все полученные по разным
путям элементарные сигналы снова
объединяются, «сшиваются» по определенным правилам в один, теперь
уже разборчивый сигнал.
Организационно-техническая модель
такой защищенной голосовой связи
для двух человек и одновременно используемых ими 4-х каналов (3 сотовых операторов «большой тройки»
плюс канал VoIP) показана на рис. 5.
Понятно, что эта модель может быть
расширена на большее число абонентов, участников конференции.
Для сохранения конфиденциальности
переговоров в ВП считается, что если
уровень расчетной словесной разборчивости не превышает 20% (табл. 1), то
данный ТКУРИ не требует проведения
защитных мероприятий [5]. А если расчетная словесная разборчивость превышает 80% (что соответствует 100%
фразовой), то перехватываемая ЗЛ по
каналу ТКУРИ речевая информация
будет полностью понятна нарушителю.
Эти же выводы можно отнести и к
телекоммуникационным каналам ре-
44
чевой связи, защищаемым от НСД.
При необходимости в целях достижения еще большего уровня защиты РИ
в каждом из используемых каналов
можно дополнительно использовать
известные и новые алгоритмы речевого маскирования, не требующие синхронизации [4].
Плюс от сеанса к сеансу можно организационно изменять набор участвующих в модели каналов, добавляя каналы новых операторов связи (например
фиксированную телефонную связь,
другие сервисы VoIP и сотовой связи)
и исключая старых.
Какая может быть
сепарация?
Класс методов разделения исходного
РС на неразборчивые речеподобные
составляющие также весьма широк:
от полосовой фильтрации по группам
равноартикуляционных полос до спектрально-временной обработки фонетической функции (динамической огибающей спектра), определяющей РР.
Последние методы, основанные на
технологии образного анализа-син-
теза, заключающегося в переходе от
волнового представления РС к изображению динамических узкополосных
спектрограмм − графическим образам
(ГО), их обработке методами цифровой
обработки изображений для решения
прикладных задач и обратном переходе (синтезе) от нового изображения
к новой волновой форме РС, − лучше
подходят для организации многоканального асинхронного маскирования
РС. Поскольку в них одновременно
с преобразованиями фонетической
функции могут реализовываться процедуры цифровой «шумоочистки» амплитудных, фазовых и других принудительно введенных канальных искажений, а также искажений, возникающих в процессе финальной «склейки»
ГО элементарных составляющих.
Процесс управления РР здесь можно
представить в виде преобразования
или расслоения («слайдирования») исходного ГО на ряд других, мало похожих или совсем непохожих на исходный ГО, по которым синтезируются
неразборчивые речеподобные сигналы, передаваемые в свои каналы связи
на передающем конце, и сшивку или
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ТЕХНОЛОГИИ
Рис. 6. Спектрограммы речевых и речеподобных сигналов с одинаковой ФФ
объединение их ГО с последующим
синтезом в новый разборчивый сигнал
на приемном.
Ф
онетическая функция или
с чем связана разборчивость
Известно, что смысловое содержание
речевого сообщения определяется
динамикой перестройки формантной
структуры или огибающей спектра.
Процесс речеобразования, связанный
с динамикой этой огибающей, часто
называемой фонетической функцией
Пирогова (ФФ), удобно исследовать
посредством цифрового спектральновременного анализа спектрограмм.
Результаты одного из таких исследований представлены на рис. 6, где
показаны спектрограммы разных речевых сигналов, но с одинаковой ФФ
и, как следствие, одинаковым смысловым содержанием, выражаемом в
одной и той же текстовой форме. На
спектрограммах по вертикальной оси
отложена частота, по горизонтальной – время. В уровнях серого цвета
указана мощность сигнала на данной
частоте в данной момент времени.
Максимальная мощность отображается черным цветом, минимальная −
белым.
В левом нижнем углу рис. 6 представлена сонограмма исходной речи; в правом нижнем – спектрограмма этой же
фразы, сказанная громким шепотом; в
правом верхнем – монотонная речь; в
левом верхнем – та же фраза, но сказанная с другим эмоциональным выражением.
Таким образом, речь содержит в себе
форманты, прием которых определяет ее разборчивость и неформантные
составляющие, к которым относятся
основные тоны, области частот между
формантами и составляющие, зависящие от индивидуальных особенностей
говорящих.
П
римеры сепарации и
маскировки для защиты
от НСД
Исходя из этого, речевой сигнал как
процесс, развивающийся во времени
и по частоте, можно рассматривать как
взаимное наложение друг на друга его
гармонической и формантной структуры, присутствующее на изображениях
узкополосных спектрограмм или ГО
РС. Отделяя, изменяя и снова соединяя
на изображениях спектрограмм гармоническую и формантную структуры,
можно РС делать неразборчивым на
передающем конце канала связи и разборчивым после выполнения обратных
операций – на приемном.
Результаты выполнения подобных
процедур для одного из новых перспективных методов асинхронного мас-
кирования РС в полной полосе частот
представлены на рис. 7.
Понятно, что такие же процедуры
можно проводить для полосы частот
каждого отдельного речеподобного
(РП) сигнала, передаваемого по своей
отдельной линии связи в многоканальной системе защищенных переговоров. Заметим, что на приемном конце
производятся обратные преобразования динамических огибающих спектра каждого РП-сигнала и их сшивка в
интегрирующий ГО с последующим
синтезом по нему нового восстановленного РС.
Дополнительно для лучшей синхронизации в процессе восстановления РР
комплексного РС путем сшивки ГО
речеподобных сигналов его составляющих в каждом из них можно применять маскированные пилот-сигналы
в виде узкополосных помех, как это
показано на рис. 8 для наглядности в
полной полосе телефонного канала.
Там же показаны и результаты снятия
такой маскировки.
Защита от блокирования
(отказа в обслуживании –
DOS)
Возможности ЗЛ по блокированию
каналов голосовой связи также можно и нужно оценивать с учетом комплексного анализа и обработки ГО
45
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2011
Рис. 7. Примеры асинхронного маскирования речи в полной полосе телефонного канала посредством изменения
ее формантной структуры: а) графический образ спектра исходного речевого сигнала;
б) графический образ спектра исходного РС с инвертированной огибающей;
в) графический образ РС с инвертированной огибающей со статическим сдвигом;
г) графический образ спектра исходного РС с динамической сдвигом огибающей
акустических (речевых) сигналов, принимаемых с различных линий связи с
последующей их постобработкой и шумоочисткой. Здесь в случае блокирования или отказа одного или нескольких
каналов голосовой связи, по которым
передается только часть исходной РИ,
оставшихся долей РР в действующих
каналах должно быть вполне достаточно для полного понимания передаваемого речевого сообщения легитимным
пользователем.
Так же, как и раньше, защищаемый
речевой сигнал, рассматривается как
некоторая совокупность нескольких
отдельных речеподобных сигналов, передаваемых по каждому из каналов го-
46
лосовой связи. Каждый из этих сигналов может иметь свою РР, со значением
меньше нормы. Такой отдельный РС,
будучи перехваченным в одном из контролируемых каналов, не будет понятен
ЗЛ и может быть им заблокирован.
Тем не менее на приемном конце при
многоканальной сшивке ГО РС в незаблокированных каналах в новый ГО
и последующим восстановлением по
нему нового РС, последний должен
иметь уже свою собственную РР, большую, чем РР его составляющих в используемых каналах приема-передачи,
и вполне достаточную для понимания
абонентом сути ведущихся переговоров.
Sˆ (t ) =
∪ s ( t)
j
J ≤K
Ws j ≤ Wn
WSˆ → 80%
Для получения еще большей РР информацию о пропущенных (заблокированных) участках на комплексоном ГО РС
можно частично восстановить, сочетая
известные методы восстановления и
реконструкции искаженных изображений с известными механизмами
речеобразования, выражающимися в
построении гармонической структуры
ГО РС.
Как видим, при защите РИ от угрозы
блокирования каналов голосовой свя-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ТЕХНОЛОГИИ
Рис. 8. Маскирование речи квазигорманической помехой:
слева – постановка мощной квазигармонической помехи в речевом сигнале;
справа – снятие помехи из полезной смеси на приемном конце канала связи
зи решается обратная задача по управлению РР в отличие от угрозы НСД.
Она заключается в объединении или
сшивке ГО речеподобных сигналов с
отдельных действующих линий связи в
одно новое изображение ГО, для организации последующей процедуры синтеза нового разборчивого сигнала.
Выводы
Таким образом, для обеспечения эффективной защиты РИ в многоканальных системах конфиденциальной голосовой связи, целесообразно управлять
основным показателем защищенности
речевой информации, а именно РР,
как комплексного РС, так и составляющих его речеподобных сигналов через
цифровую обработку изображений их
графических образов путем процедур
сепарации и маскирования.
Результаты экспериментального тестирования предложенных организационно-технических моделей по управлению РР для защиты конфиденциальных
переговоров в каналах голосовой связи
полностью подтвердили их экономичность, эффективность и работоспособность.
Литература
1. Петраков А.В., Лагутин В.С. Утечка и защита информации в телефонных каналах. − М.: Энергоатомиздат, 1998. − 317 с.
2. Д
ворянкин С.В. Компьютерные технологии защиты речевых сообщений в каналах электросвязи. Учебное пособие. − М.: РИО МТУСИ. 1999. − 52 с.
3. Б
арсуков В.С., Дворянкин С.В., Шеремет И.А. Безопасность связи в каналах телекоммуникаций. − М.: Электронные знания, 1992−1993. − 122 с.
4. Дворянкин С.В., Девочкин Д.В. Методы закрытия речевых сигналов в телефонных каналах / Защита информации. Конфидент,1995. −№ 5. − С.45 − 59.
5. Дворянкин С.В., Макаров Ю.К., Хорев А.А. Обоснование критериев эффективности защиты речевой информации от утечки по техническим каналам. / Защита информации. Инсайд. − № 2 (14). − март−апрель 2007. − С. 18 − 25.
47
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2011
МИНАЕВ1 Владимир Александрович,
доктор технических наук, профессор
ФАДДЕЕВ2 Александр Олегович,
кандидат физико-математических наук,
доцент
ДАНИЛОВ3 Роман Михайлович
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ
МОДЕЛИРОВАНИЕ РИСКОВ
ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО
ПРОИСХОЖДЕНИЯ
Рассматриваются вопросы математического моделирования геодинамических рисков. Даны описание модели и результаты
оценки комплексного геодинамического риска на различных территориях.
Ключевые слова: математическое моделирование, оценка рисков, геодинамические риски.
Questions of mathematical modeling of geodynamic risks are considered. The description of model and results of complex geodynamic
risk estimation in various territories are given.
Keywords: mathematical modeling, estimation of risks, geodynamic risks.
О
дной из актуальных проблем современности является
обеспечение безопасности населения и территорий от
проявления опасных природных, природно-техногенных
процессов и вызываемых ими рисков [1 − 3, 5, 8 − 9]. Одним
из видов таких рисков являются риски геодинамического
происхождения, несвоевременное выявление которых может привести к возникновению чрезвычайной ситуации на
какой-либо территории. Под геодинамическими рисками
обычно понимают опасности инженерно-технического, социально-экономического и медико-биологического характера, исходящие от геологической составляющей окружающей среды.
Для решения такой сложной и многоплановой проблемы,
как комплексная оценка рисков на различных территориях в
условиях чрезвычайных ситуаций геодинамического характера, необходим научно-методический аппарат, учитывающий основные факторы, влияющие на безопасность землепользования и жизнедеятельности в названных условиях, а
также разработка математических моделей и эффективных
численных методов, позволяющих выполнять соответствующие количественные оценки и прогнозы [4–7, 10].
В настоящей работе рассмотрим подход к решению данной
проблемы.
Предположим, что последовательность геодинамических
состояний среды некоторого ландшафтно-территориального комплекса (ЛТК) представляет собой поток однородных
событий, который удовлетворяет условиям независимости,
однородности и ординарности, т.е. представляет собой так
называемый простейший поток.
Допустим, что число событий (проявлений опасных геодинамических процессов незначительных энергетических
классов, а именно такие мы и рассматриваем) в каждом из
двух произвольно взятых, одинаковых по длительности и
следующих друг за другом временных интервалов [a, b] и
[c, d] не зависит друг от друга. Далее предположим, что
вероятность реализации подобных опасностей в течение
временного интервала [a, b] совпадает с вероятностью реализации этих опасностей в течение временного интервала
[c, d], что, фактически означает соблюдение условия однородности. Далее, если за один и тот же бесконечно малый
промежуток времени, т.е. практически одновременно, реализуются две геодинамические опасности, то в геофизичес-
– Российский новый университет (Москва), проректор;
– Академия ФСИН России (Рязань), доцент;
3
– Дальневосточный юридический институт МВД России (Хабаровск), преподаватель.
1
48
Теоретическое обоснование
математической модели
2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
МЕТОДЫ
Рис. 1. Схема взаимопереходов геологической среды ЛТК между состояниями 1, 2, 3.
ком смысле энергетически они рассматриваются как одно
событие, т.е. выполняется и условие ординарности.
Обозначим через Pk(t) вероятность того, что в течение некоторого промежутка времени t к процессу реализации
различных геодинамических состояний среды ЛТК будут
предъявлены k требований (различных геодинамических
процессов). В силу указанных выше условий эта вероятность не зависит ни от выбора системы отсчета, ни от предыстории этой системы (среды ЛТК). Поэтому условия,
определяющие простейший поток в приложении к нашей
задаче, позволяют однозначно построить формулы для определения вероятностей Pk(t).
Вероятность Pk(t) при любом k ≥ 0 может быть найдена из
известного соотношения:
(α k )
P (t ) =
k
k!
t
e −α t ,
(1)
где α – некоторый параметр.
Выражение (1) является решением системы дифференциальных уравнений:
 P0′(t ) = −α P0 (t ),

 Pk′(t ) = −α Pk (t ) + α Pk −1 (t ),
(2)
где α = P’0(0), k = 1, 2, … .
Определим теперь набор геодинамических состояний для
среды ЛТК.
Предположим, что в некоторый момент времени t0 геосреда
ЛТК обладает некоторым параметром экзогенных геологических процессов (ЭГП) E0, количественно характеризующим их энергию.
Тогда
Состоянием 1 назовем такое состояние геосреды ЛТК, при
котором ΔE1 = E1 – E0 → 0, геосреда ЛТК находится в равновесном устойчивом состоянии (E1 – энергетический параметр ЭГП в среде ЛТК в момент времени t1).
Состоянием 2 будем называть состояние геосреды ЛТК, при
котором среда находится в неустойчивом неравновесном
состоянии, т.е. ΔE2 = E2 – E1 ≠ 0 (E2 – энергетический параметр ЭГП в среде ЛТК в момент времени t2).
Состоянием 3 назовем квазиравновесное состояние геосреды ЛТК, при котором ΔE3 = E3 – E1 ≠ 0, причем ΔE1 < ΔE3 << ΔE2
(E3 – энергетический параметр ЭГП в среде ЛТК в момент
времени t3).
Описание модели оценки комплексного
геодинамического риска
Чтобы составить систему уравнений для искомых вероятностей p1(t), p2(t), p3(t) рассмотренных нами состояний, необходимо определить интенсивности процессов αij (где i = 1, 2, 3;
j = 1, 2, 3), которые физически представляют собой сумму
энергетических параметров процессов, протекающих в геосреде системы, окончание которых приводит к непосредственному переходу геосреды из состояния i в состояние j.
Итак, мы предположили, что p1(t), p2(t), p3(t) – вероятности
нахождения геосреды ЛТК в геодинамических состояниях
1, 2, 3 соответственно. В таком случае интенсивности αij будут определяться в соответствии со схемой, представленной
на рис. 1.
Тогда изменения указанных вероятностей, с учетом всего
вышеизложенного, будут описываться следующей системой дифференциальных уравнений Колмогорова:
 p1′(t ) = −α13 p1 (t ) + α 31 p3 (t ),

 p2′ (t ) = −α 23 p2 (t ) + α 32 p3 (t ),
 p′ (t ) = α p (t ) + α p (t ) − (α + α ) p (t ).
13 1
23 2
31
32
3
 3
(3)
Матрица коэффициентов системы (3) ∀αij является вырожденной, поэтому для разрешения этой системы заменим
любое из ее уравнений (например, третье) условием нормировки, т.е. условием p1(t) + p2(t) + p3(t) = 1. Тогда система
уравнений (3) перепишется в виде:
−α13 p1 (t ) + α 31 p3 (t ) = p1′(t ),

−α 23 p2 (t ) + α 32 p3 (t ) = p2′ (t ),
 p (t ) + p (t ) + p (t ) = 1.
2
3
 1
(4)
Поскольку геодинамические процессы протекают в среде
ЛТК в течение достаточно длительного времени, то имеет
смысл говорить о предельном поведении вероятностей pi(t)
при t → ∞. Будем предполагать для среды ЛТК существование предельных (финальных) вероятностей состояний
1, 2, 3, т.е. существовании вероятностей pi = lim pi (t ),
t →∞
49
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2011
Рис. 2. Карта-схема пространственно-вероятностного распределения комплексного геодинамического риска
для Байкальского региона с эпицентрами произошедших в 2008 г. землетрясений (по состоянию на 01.09.2008)
не зависящих от того, в каком состоянии среда находилась в начальный момент времени. В таком случае в среде
ЛТК устанавливается предельный стационарный режим,
при котором она переходит из состояния в состояние, но
вероятности состояний pi уже не меняются во времени.
Найдем финальные вероятности состояния среды ЛТК
путем решения системы линейных алгебраических уравнений, которые получим из дифференциальных уравнений Колмогорова, приравняв производные вероятностей к
нулю, а вероятностные функции состояний pi(t) в правых
частях уравнений Колмогорова заменив на неизвестные
финальные вероятности pi:
−α13 p1 + α 31 p3 = 0,

−α 23 p2 + α 32 p3 = 0,
 p + p + p = 1.
2
3
 1
(5)
Определитель матрицы коэффициентов системы (5) ∀αij отличен от нуля, поэтому система уравнений (5) имеет единственное решение, а именно:

α 23α 31
,
 p1 =
+
+
α
α
α
α
α
α
13
23
13
32
23
31


α13 + α 31
p1 ,
 p2 = 1 −
α 31

 p3 = 1 − p1 − p2 .


Результаты численной реализации
математической модели оценки
комплексного геодинамического риска
(6)
Следующим этапом работ по математическому моделированию геодинамических рисков является численная реа-
50
лизация данной модели. По рассчитанным на основании
соотношений (6) вероятностям нахождения среды ЛТК в
состояниях 1, 2, 3 выполняется построение результативной
карты пространственного распределения вероятностного
комплексного геодинамического риска – вероятности нахождения среды в состояниях, отличных от состояний 1 и 3.
При этом под комплексным геодинамическим риском в данном случае понимается суперпозиция энергетических воздействий от возможных геодинамических подвижек, оползневых и просадочных явлений.
Рассмотренная в настоящей работе математическая модель
была реализована авторами для территорий Байкальского и
Дальневосточного регионов, а также территории современной Турции.
Построенная в ходе численной реализации данной математической модели карта пространственного распределения
вероятностного комплексного геодинамического риска для
Байкальского региона с нанесенными на нее эпицентрами
землетрясений, произошедших спустя год после выполнения расчетов, наглядно продемонстрировала высокую практическую эффективность предложенного подхода. На самом деле эпицентры произошедших землетрясений «легли»
как раз на те участки территории, которые были определены нами как наиболее потенциально опасные в сейсмическом отношении (рис. 2).
Области, оконтуренные изолиниями со значением
вероятности 0,3, мы предлагаем считать зонами латентно-потенциального риска; изолиниями со значением
0,5 – зонами умеренного риска; 0,7 – зонами повышенного
риска; 0,8 – зонами чрезвычайной опасности. Такая градация диапазонов значений вероятности и сопоставимой с
ними степенью риска является условно-общей, однако при
оценке опасности для различных объектов, скажем, для
атомных станций или лесных массивов, она должна существенно варьировать по степени тяжести последствий.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
МЕТОДЫ
Рис. 3. Карта-схема пространственно-вероятностного распределения комплексного геодинамического риска
для г. Хабаровска и прилегающей к нему территории с эпицентрами произошедших землетрясений
Рис. 4. Карта-схема пространственного распределения вероятностного комплексного геодинамического риска для
окрестности Стамбула с эпицентрами произошедших в 1999–2008 гг. землетрясений (с магнитудами от 3,8 и до 5,2)
Используя аналогичную методику, нами были также выполнены оценки пространственно-вероятностного распределения комплексного геодинамического риска для Дальневосточного региона и, в частности, для г. Хабаровска и прилегающей к нему территории [11] (рис. 3).
Кроме того, рассмотренный вероятностный подход и соответствующая ему математическая модель были численно
реализованы применительно к территории современной
Турции и, в частности, для окрестности Стамбула (рис. 4).
На карту-схему нанесены эпицентры землетрясений с
магнитудами от 3,8 до 5,2, произошедшими в окрестности
Стамбула с августа 1999 по октябрь 2008 г. [12]. Распределение эпицентров в очередной раз подтверждает адекватность
разработанного авторами математического метода оценки
геодинамического риска.
Для Стамбула проблема оценки геодинамического и в особенности сейсмического риска на сегодняшний день является чрезвычайно злободневной и актуальной. Поэтому
рассмотрим результаты расчетов для этой территории более подробно.
На представленной карте-схеме (рис. 4) видно, что сейсмические события в ближайшей окрестности Стамбула за пе-
51
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2011
риод 1999 – 2008 гг. произошли в районах севернее и восточнее города, причем последнее – 28 октября 2006 г. (29,10 E;
41,22 N). Самое же последнее сейсмическое событие за данный период времени (1999 – 2008 гг.) было реализовано 5
октября 2008 г. на южном берегу Мраморного моря (28,94 E;
40,60 N). Это говорит о миграции очага сейсмической активности к югу от Стамбула, что и подтверждается землетрясениями магнитудой не более 3 в первой декаде апреля 2010 г.
(когда выполнялись численные расчеты по этой территории)
южнее района, приведенного на рис. 4 [13].
Но, поскольку город находится в зоне повышенного риска
и частично – в зоне чрезвычайной опасности, возможна
обратная миграция очага сейсмической активности в район
Стамбула. Так как относительно недавно там произошла
разрядка тектонических напряжений, выразившаяся в реализации незначительных по магнитуде землетрясений,
то в ближайшем будущем ожидать крупных сейсмических
событий не представляется возможным. А вот реализация
незначительных по магнитуде событий (не более 4), по мнению авторов, здесь весьма вероятна. Если же в ближайшем
будущем (порядка 2-3 лет) землетрясения указанной магнитуды не произойдут, то вот тогда следует опасаться крупного сейсмического события, которое для многомиллионного
города может обернуться крупной катастрофой.
Заключение
К сожалению, точный прогноз высокоэнергетических опасных геодинамических событий и в особенности катастрофи-
ческих землетрясений, на сегодняшний день остается тайной
«за семью печатями», поскольку динамика опасных природных явлений до сих пор до конца не укладывается в «прокрустово ложе» математики. Тем не менее авторы настоящей
статьи имеют основание надеяться на то, что дальнейшие их
разработки в области применения методов математического
моделирования и численных методов к изучению опасных
геодинамических явлений позволят приблизиться к решению этой очень важной для всего человечества проблемы.
Также авторы считают целесообразным повышение интенсивности проведения инструментального мониторинга за
современными вертикальными и горизонтальными движениями в особо опасных в геодинамическом плане регионах.
Поскольку, по мнению авторов, только сочетание геологических, геофизических, геоморфологических, математических и медико-биологических методов исследования в
их интегрированном аспекте должно обеспечить высокую
достоверность идентификации зон риска геодинамической
обусловленности.
Резюмируя все вышесказанное, еще раз отметим, что рассмотренный в настоящей работе подход, основанный на
представлении возможных геодинамических состояний геосреды ЛТК как простейшего потока событий с последующим
построением математической модели в виде системы дифференциальных уравнений Колмогорова относительно вероятности нахождения геосреды системы в этих состояниях,
позволяет достаточно достоверно оценивать пространственно-вероятностные распределения опасностей, исходящих от
геологической составляющей окружающей среды.
Литература
1. Воробьев Ю.Л., Осипов В.И., Владимиров В.А. и др. Катастрофы и общество. – М.: Контакт-Культура, 2000. – 332 с.
2. М
инаев В.А., Фаддеев А.О. Методика оценки геоэкологического риска и геоэкологической безопасности ландшафтно-территориальных комплексов. / Мат. XVII научно-технической конференции «Системы безопасности» – СБ-2008 Международного форума информатизации 30 октября 2008, Москва. – М.: Академия ГПС МЧС РФ, 2008. – С. 96 – 102.
3. М
инаев В.А., Фаддеев А.О. Модели оценки геоэкологического риска на заселенных и промышленных территориях. / Мат.
XVII научно-технической конференции «Системы безопасности» – СБ-2008 Международного форума информатизации
30 октября 2008, Москва. – М.: Академия ГПС МЧС РФ, 2008. – С. 113 – 118.
4. М
инаев В.А., Фаддеев А.О. Моделирование геоэкологических рисков и оценка геоэкологической безопасности на рекреационных территориях. / Проблемы управления рисками в техносфере. – 2008. – № 4. – С. 55 – 62.
5. М
инаев В.А., Фаддеев А.О. Оценки геоэкологических рисков. Моделирование безопасности туристско-рекреационных
территорий. – М.: Финансы и статистика, изд. дом ИНФРА-М, 2009. – 370 с.
6. П
риродные опасности России. Природные опасности и общество. Тематический том / Под ред. В.А. Владимирова, В.Л.
Воробьева, В.И. Осипова. – М.: Издательская фирма «КРУК», 2002. – 248 с.
7. П
ротасов В.Ф., Молчанов А.В. Экология, здоровье и природопользование в России / Под ред. В.Ф. Протасова. – М.: Финансы и статистика, 1995. – 528 с.
8. Фаддеев А.О. «Медленные» катастрофы как угрозы безопасному функционированию объектов на жилых, промышленных
и рекреационных территориях. / Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций, 2008. – № 5. – С. 73 – 83.
9. Ф
аддеев А.О. Геоэкологический риск на заселенных и промышленных территориях. / Двойные технологии, 2009. – №1.
– С. 22 –30.
10. Ф
аддеев А.О. Модель оценки регионального геоэкологического риска. / Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций, 2009. – № 1. – С. 43 – 52.
11. Ф
аддеев А.О., Данилов Р.М. Геодинамическая безопасность ландшафтно-территориальных комплексов. / Под редакцией д.т.н., профессора Минаева В.А. – Хабаровск, Дальневосточный юридический институт МВД России, 2010. - 169 с.
12. О
перативный сейсмологический каталог Геофизической службы РАН, Обнинск. Источник: Мировой Центр Данных по
физике твердой Земли, Москва (www.wdcb.ru).
13. Д
анные Европейско-Средиземноморского сейсмологического центра. Источник: Мировой Центр Данных по физике
твердой Земли, Москва (www.wdcb.ru).
52
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
обзор
ОТАРАШВИЛИ1 Зураб Автандилович,
доцент
АЛГОРИТМЫ СНИЖЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА
ПРЕСТУПЛЕНИЙ ПРИ ОГРАНИЧЕННЫХ
РЕСУРСАХ
Данная работа посвящена решению проблемы снижения преступности. Предложена методика и алгоритмы оценки и
минимизации количества преступлений и ущерба от них на основе модифицированной модели «затраты − результаты».
Ключевые слова: затраты, результат, ущерб, преступность.
This work is devoted to solving the problem of reducing crime. We propose a multicriteria assessment model and minimize the number of
crimes and damage caused by them, based on a modified algorithm of «cost − benefit».
Keywords: cost, benefit, damage, criminality.
Анализ проблемы
В табл. 1 приведены статистические
данные, взятые с официального сайта
Министерства внутренних дел Российской федерации [7].
На рис. 1 − 3 показаны соответственно
динамика изменения количества зарегистрированных преступлений по го-
дам, динамика роста бюджета МВД РФ
по годам и динамика удельной «цены»
преступления.
Как видим из рис. 3, удельные затраты
на одно преступление за 6 лет почти
утроились. Это говорит о существенном падении эффективности работы органов внутренних дел. Пришло
время переходить от экстенсивных
методов борьбы с преступностью к интенсивным. Необходимы качественно
иные методы, новые алгоритмы, новые
решения. В данной статье рассматривается алгоритм класса «затраты − результаты» для анализа и выбора мер,
способствующих увеличению эффективности работы служб правопорядка
при ограниченных ресурсах.
Таблица 1. Динамика зарегистрированных преступлений, бюджетов, удельных «цен»
преступлений за 2004 − 2010 гг.
1
Годы
Зарегистрированные
преступления (тыс.)
Изменение
(%)
Бюджет
(млрд. руб.)
Изменение
(%)
«Цена» одного
преступления
(руб.)
Изменение (%)
2004
2 893,8
0
175,5
0
60 647
0
2005
3 554,7
+22,8
236
+34,5
66 390
+9,5%
2006
3 855,4
+8,5
273
+15,7
70 809
+6,6%
2007
3 582,5
−7,6
309
+13,2
82 252
+16%
2008
3 209,9
−11,6
350
+13,3
109 037
+32,6
2009
2 998,5
−7
450
+28,6
150 075
+37,6
2010
2 660,1
−12,7
475
+5,5
178 564
+19%
– Российский новый университет, зам. зав. кафедрой инновационного менеджмента.
53
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2011
В табл. 2 приведены общие сведения о
состоянии преступности за 2009 г.
раткий анализ состояния
К
преступности в 2009 г.
по данным МВД
1. Органами внутренних дел рассмотрено 22,79 млн. заявлений, сообщений
и иной информации о происшествиях
(для сравнения это на 6,0% больше чем
в 2008 г.).
2. Зарегистрировано 2994,8 тыс. преступлений.
3. Почти половина (42,6%) преступлений регистрируется в республиканских, краевых и областных центрах −
всего 1,28 млн., пятая часть (19,8%) − в
сельской местности, где зарегистрировано 591,8 тыс. преступлений.
4. В результате преступных посягательств погибло 46,1 тыс. человек,
здоровью 55,4 тыс. человек причинен
тяжкий вред. На сельскую местность
приходится 40,7% погибших (18,8 тыс.
чел.), на города и поселки, не являющиеся центрами субъектов РФ, − 37,4%
лиц, здоровью которых причинен тяжкий вред (20,7 тыс. чел.).
5. Ущерб от преступлений (по оконченным и приостановленным уголовным
делам) составил 1147,2 млрд. руб. Большая часть ущерба (92,6%) приходится
на преступления, зарегистрированные в центрах субъектов Российской
Федерации.
6. Почти половину всех зарегистрированных преступлений (47,6%) составляют хищения чужого имущества,
совершенные путем: кражи − 1188,6
тыс. (39,6%), грабежа − 205,4 тыс. (7%),
разбоя − 30,1 тыс. (1%). 13,6% хищений
были сопряжены с незаконным проникновением в жилище, помещение
или иное хранилище. Из них 5,1% − в
жилых помещениях, 8,5% − в нежилых
помещениях. 34% хищений − вне помещений.
7. Выявлено 428,8 тыс. преступлений экономической направленности,
удельный вес этих преступлений в
общем числе зарегистрированных составил 14,3%. Материальный ущерб по
ним (по оконченным уголовным делам)
составил 1075,7 млрд. руб. Ущерб от
неэкономических преступлений составил 71,5 млрд. руб.
8. В общественных местах зарегистрировано 605,4 тыс. (20,2%) преступле-
54
Рис. 1. Динамика изменения количества зарегистрированных преступлений
1995 – 2010 гг.
Рис. 2. Динамика роста бюджета МВД РФ 1995 – 2010 гг.
Рис. 3. Динамика расходов государства на одно преступление
(удельная цена преступления)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
МЕТОДЫ
ний. На улицах, площадях, в парках и
скверах зарегистрировано 361,3 тыс.
(12%) преступлений, в том числе: 88,1
тыс. грабежей, 121,5 тыс. краж, 9,2 тыс.
разбойных нападений.
9. Не раскрыто 1309,1 тыс. преступлений, из этого количества на тяжкие и
особо тяжкие преступления приходится 26,0%
10. Иностранными гражданами и лицами без гражданства на территории
России совершено 58 тыс. преступлений (1,9%).
Как видно из рис. 1, количество зарегистрированных преступлений (преступления, по которым возбуждены
уголовные дела) стабильно выше двух
с половиной миллионов. При этом за
период с 2004 г. бюджет только МВД
вырос в 2,7 раза.
Рассмотрим кратко суть модифицированной методики класса «затраты − результаты» [2 − 5].
Постановка задачи
Будем рассматривать проекты изменений, считая, что каждый из них выполняется за плановый период и характеризуется затратами и результатами
− снижением процента преступности и
снижением ущерба от преступлений.
Например, проект № 1 − снижение
квартирных краж на 10%; проект № 2 −
снижение оборота наркотиков на 20%.
а)достаточность потенциала для достижения поставленной цели;
б) н
еобходимые для его реализации ресурсы.
Исходные данные:
а) п
еречень проектов;
б) д
ля каждого проекта известны затраты и процент снижения преступности;
в) и
звестно количество преступлений
на начало периода и задана цель на
конец периода.
Построение модифицированной зависимости
«затраты – преступность»
Решаемые задачи
1. Оценить потенциал снижения правонарушений:
Прежде всего, для каждого проекта
оценивается его эффективность по
отдаче (эффекту) на единицу затрат.
Таблица 2. Общие сведения о состоянии преступности за 2009 г.
Зарегистрировано
Доля (%)
Раскрыто
Раскрываемость
(%)
Не раскрыто
2 994 820
100
1650951
55,13
1 309 083
Экономические
428 792
14,3
Экологические
46 607
1,6
24 248
60,3
22 359
Террористического характера и экстремистской направленности
1 202
0,04
1 004
87
144
Убийство и покушение на убийство
17 681
0,6
15 373
87,7
2 156
Умышленное причинение тяжкого вреда
здоровью
43 112
1,4
35 275
82,8
7 305
Изнасилование и покушение на
изнасилование
5 398
0,2
4 790
91,6
441
Разбой
30 085
1
21 270
65,5
11 209
Грабеж
205 379
7
86 133
67,9
865
Кража
1 188 574
40
437 758
41
124 140
Мошенничество
188 723
6,3
112 435
60
60 658
Присвоение или растрата
67 266
2,2
61 776
91,8
3 144
Вымогательство
8 492
0,3
6 916
81,4
1 423
Умышленные уничтожение имущества из
хулиганских побуждений путем поджога
15 571
0,5
2 791
17,9
12 697
Хулиганство
9 474
0,3
3 818
40
5 836
Оборот наркотиков
238 523
8
Угроза убийством или причинением
тяжкого вреда здоровью
101 180
3,4
96 376
95,25
3 806
Нарушение правил дорожного движения и
эксплуатации транспортных средств
27 544
0,9
22 320
81
4 498
Неправомерное завладение транспортным
средством (угон)
45 833
1,5
26 683
58,22
19 607
Прочие
128 909
4,3
114 670
ВСЕГО ПРЕСТУПЛЕНИЙ
нет данных
нет данных
нет данных
55
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2011
То есть, потратив сумму r, уменьшаем
количество преступлений на величину
p. Таким образом, общее количество
преступлений уменьшается благодаря
принятым мероприятиям. Откладываем их на осях координат «затраты
− преступность» принимая за точку
отсчета текущее значение количества
преступлений на оси количества преступлений рис. 4. Затем все мероприятия упорядочиваются по мере убывания их эффективности (геометрически
это соответствует на рис. 4. углам наклона отрезков). Из пяти мероприятий
самым эффективным является мероприятие 2, затем мероприятие 4 , 5, 3, 1.
Затем выбирается первое, самое эффективное мероприятие (2) и откладываем его от точки количества преступлений на начало периода. Далее, от
свободного конца отрезка 2 откладываем отрезок 4, как самый эффективный
из оставшихся мероприятий и т.д. до
завершения просмотра всех мероприятий, которые возможны.
Полученная зависимость результата
(нарастающим итогом) от затрат (нарастающим итогом) (рис. 5.) и является модифицированной зависимостью
«затраты − результат», она, в частности, характеризует потенциальные возможности при изменении уровня располагаемого ресурса.
Рис. 4. Потенциал выбранных мероприятий
ценка достижимости
О
цели и требуемых для этого
затрат
Решение задачи по оценке потенциала
предприятия сводится к построению
зависимости «затраты − результат», сопоставлению его уровня с требуемым
целевым уровнем, что ведет к итерациям по увеличению потенциала или
к снижению целевой установки. Если
потенциал достаточен для достижения
поставленной цели (на рис. 6а − горизонтальная прямая), то кривая зависимости «затраты – эффект» пересекает
эту прямую и точка пересечения дает
оценку − то есть минимально необходимых для ее достижения затрат.
Если потенциал недостаточен для достижения цели (прямая 1 на рис. 6б)
или достижение цели возможно, но
слишком дорого, то необходимо повторить (возможно, 2 − 3 раза) этап
формирования предложений, пока не
получится желаемый вариант (как на
56
Рис. 5. Модифицированная зависимость «затраты – преступность»
рис. 6а). Если же потенциал ограничен
и ничего больше предложить нельзя, то
необходимо снизить уровень целевых
требований, сделав их реалистичными (прямая 2 на рис. 6б), и переходить
к следующему этапу стратегического
планирования.
Применим данный метод к проблемам
снижения количества преступлений и
ущерба от них. Для этого вначале необходимо составить перечень мероприятий, реализация которых позволит
достичь желаемого результата. Допустим, власти поставили задачу – сократить количество преступлений на 50%
от текущего уровня в течение одного
года. Исходную информацию возьмем
из табл. 1, 2.
Потенциал повышения
безопасности городов
В табл. 3 перечислены виды преступлений и мероприятия, реализация которых позволит их сократить.
Кроме указанных в табл. 3 мероприятий, необходимы следующие общие
меры:
1) увеличение личного состава МВД;
2) воспитание населения;
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
МЕТОДЫ
3) внедрение информационных систем
для выявления и пресечения экономических правонарушений путем анализа денежных потоков (обналичивание
денег, утечка денег за границу, незаконный возврат НДС, сброс данных
кассовых аппаратов и т.д.).
Мероприятия, указанные в табл. 3, не
только снижают количество преступлений, но и сокращают наносимый
ими ущерб.
Попробуем оценить каждое из предлагаемых мероприятий, во сколько оно
обойдется городу и какой даст эффект
в уменьшении общего количества преступлений.
1. Основные расходы понесут владельцы недвижимости. Дооснащение специальными терминалами помещений
охраны по районам из расчета одна
тысяча рублей на квартиру. Например,
в Москве 3 802 727 квартир и около 1
млн. нежилых помещений, требующих установки охранной сигнализации, что потребует около 4 млрд. руб.
По экспертным оценкам, это позволит
снизить кражи из помещений на 90%.
С нынешних 13,6% до 1,35%. Результат
падения составит 12,25%. [6]
2. В Москве число жилых строений
составляет 39 619 единиц. Для оборудования каждого строения вместе с
подъездом потребуется около 10 точек видеонаблюдения. Это около 400
тыс. видеокамер. С учетом установки
и создания центров обработки данных
(50 тыс. руб. за комплект) стоимость
системы составит около 20 млрд. руб.
Количество раскрытых преступлений
возрастет до 50%.
3. В общественных местах (в зданиях
и сооружениях) совершается 8,15%
преступлений. Их можно сократить на
80%. Стоимость системы видеонаблюдения и фиксации событий для помещений составляет около 100 тыс. руб.
Для Москвы возьмем из расчета 10 000
комплектов для помещений. В деньгах
это составит 1 млрд. руб.
4. В общественных местах (площадях,
парках, скверах) совершается 12,06%
преступлений. Сокращение может составить до 50%. Стоимость системы
видеонаблюдения на улице составляет
около 150 тыс. руб. Для Москвы возьмем
из расчета 10 000 комплектов для улицы.
В деньгах это составит 1,5 млрд. руб.
5. В Москве около 8000 единиц наземного общественного транспорта, 4500 ва-
Рис. 6. Потенциал и целевые установки
Таблица 3
Доля в общем
количестве
преступлений
Необходимые
мероприятия
Хищение в помещениях
13,6%
Установка охранных сигнализаций
в помещениях
Преступления во дворах
34%
Вид преступления
Преступления в общественных
местах в помещениях
8,15%
Преступления в общественных
местах на улице
12,06%
Преступления в общественном
транспорте
2,5%
Нарушение ПДД
0,9%
гонов метро, 4300 вагонов пригородных
электропоездов, более 6300 вагонов пассажирских поездов. Стоимость оборудования видеонаблюдения и передачи
данных составит при массовой установке около 100 тыс. руб. Все это обойдется
около 3 млрд. руб. с монтажом и позволит снизить преступность на 70%.
6. Системы видеонаблюдения и автоматической фиксации нарушений
ПДД стоит около 150 000 руб. за комплект. Он дешевле, чем живой работник
ГИБДД, надежнее и честнее. В Москве 5
млн. единиц транспорта (3,5 млн. − московские, 1млн. приезжают из области,
0,5 млн. − грузовые машины). Около 4,7
тыс. км дорог, из них 1,3 тыс. − магистральных, около 2 тысяч светофорных
объектов. Если видеосистемы размещать на светофорных объектах, то это
будет стоить около 1 млрд. руб.
7. Увеличение численного состава потребует привлечение и обучение молодых, физически здоровых людей.
Стоимость одного сотрудника с учетом
обучения, обмундирования, зарплаты,
Видеонаблюдение
социальных льгот, рабочего места, налогов составляет около 3,5 млн. руб. в
год. Для Москвы увеличение штата милиции на 10 000 человек потребует дополнительных расходов 35 млрд. руб. в
год. Эффект составит не более 10%.
8. Самое рациональное вложение
средств – это в формирование мирного, позитивного, не уголовного мировоззрения граждан. Начинать надо с детей, так как это наиболее эффективно.
Взрослых уже невозможно изменить.
В стране около 13 млн. детей школьного возраста. Если суммарно на каждого
из них тратить в день по 20 руб. на всевозможные образовательные проекты
(воздействие через СМИ, специальные
телевизионные программы, создание
учебников, пособий и т.д.). Получается
около 100 млрд. руб. в год. Это позволит
сокращать преступления приблизительно на 5%.
9. Так как большинство преступлений экономического характера
обязательно связаны с деньгами, то
интеллектуальные системы анализа
57
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2011
Таблица 4
Затраты
(млрд.
руб.)
Результат (сокращение
данного вида преступлений), %
Эффективность
Приоритет
Охранная сигнализация в помещениях (13,6%)
4
12,25 (на 90%)
3,06
4
Видеонаблюдение дворов (34%)
20
17 (на 50%)
0,85
5
Видеонаблюдение в общественных местах в помещениях (8,15%.)
1
6,52 (на 80%)
6,52
1
Видеонаблюдение в общественных местах на улице (12,06%.)
1,5
6,03 (на 50%)
4,02
3
Видеонаблюдение в
общественном транспорте (2,5%)
3
1,75 (на 70%)
0,58
6
Видеонаблюдение на дорогах
против нарушений ПДД (0,9%)
1
0,45 (на 50%)
0,45
7
Увеличение личного состава
35
10
0,29
8
Воспитание
100
5
0,05
9
ИС по контролю денежных
потоков (14,3)
1,5
7,1 (на 50%)
4,8
2
Наименование мероприятия
(доля в общем количестве
преступлений)
Таблица 5
Эффективность
Затраты
(млрд. руб.)
нарастающим
итогом
Результат
нарастающим
итогом (%)
3
4
5
6
1
6,52
6,52
1
93,48
ИС по контролю денежных
потоков (14,3%)
1,5
7,15
4,8
2,5
86,33
Видеонаблюдение в общественных
местах на улице (12,06%)
1,5
6,03
4,02
4
80,3
Охранная сигнализация
в помещениях (13,6%)
4
12,25
3,06
8
68,05
Видеонаблюдение дворов (34%)
20
17
0,85
28
51,05
Видеонаблюдение в общественном
транспорте (2,5%)
3
1,75
0,58
31
49,3
Видеонаблюдение на дорогах
против нарушений ПДД (0,9%)
1
0,45
0,45
32
48,85
Увеличение личного состава
35
10
0,29
67
38,85
Воспитание
100
5
0,05
167
33,85
Наименование мероприятия
(доля в общем количестве
преступлений)
Затраты
(млрд.
руб.)
Результат
(%)
1
2
Видеонаблюдение в общественных
местах в помещениях (8,15%)
денежных потоков, установленные в
расчетно-кассовых центрах ЦБ РФ,
позволят сократить количество таких
преступлений.
Объем фиктивных операций по обналичиванию средств в России составляет от 50 до 80 млрд. руб. в месяц
или около 1 трлн. руб. в год. Такую
оценку дал 20 февраля 2007 г. в ходе парламентских слушаний в Госдуме председатель ЦБ РФ Сергей
58
Игнатьев. Сокращение может составить 50%.
Утечка капитала составляет не менее
2 млрд. долларов в месяц, или 720 млрд.
руб. в год. Это оценка снизу. Сокращение может составить 30%.
Уход от налогов путем проведения сделок через фирмы-однодневки. Потери
бюджета и внебюджетных фондов изза незаконных действий составляет от
500 до 800 млрд. руб. в год. В 2010 г. не
менее 1 трлн. руб. Сокращение может
составить 30%.
Хищения путем завышения цен по государственным контрактам на поставку. Объем государственных закупок
в 2010 г. составил почти 5 трлн. руб.,
или 15% ВВП. Заключается более 10
млн. контрактов. Объем хищений по
самым консервативным оценкам не
менее 20% или 1 трлн. руб. Ежегодно
остаются невыявленными финансо-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
МЕТОДЫ
Таблица 6
Наименование мероприятия, доля
в общем количестве преступлений
Затраты
(млрд. руб.)
Результат (млрд. руб.)
(уменьшение ущерба)
Эффективность
Приоритет
Охранная сигнализация в помещениях, 13,6%
4
8,75 (на 90%)
2,2
7
Видеонаблюдение дворов, 34%
20
12 (на 50%)
0,85
9
Видеонаблюдение в общественных местах (в
помещениях), 8,15%
1
4,57 (на 80%)
4,57
6
Видеонаблюдение в общественных местах
на улице, 12,06%
1,5
2,25 (на 50%)
1,5
8
Видеонаблюдение в общественном транспорте, 2,5%
3
1,25 (на 70%)
0,41
10
ИС по контролю денежных потоков, 14,3%
1,5
21,5 (на 2%)
7,2
5
Борьба с обналичиванием денежных средств
1,5
500 (на 50%)
333,3
1
Борьба с утечкой капитала
1,5
216 (на 30%)
144
3
Борьба с уходом от налогов
1,5
300 (на 30%)
200
2
Борьба с хищениями путем завышения цен по
закупкам
1,5
200 (на 20%)
133,3
4
Таблица 7
Эффективность
Затраты
нарастающим
итогом
(млрд. руб.)
Результат
нарастающим
итогом
(млрд. руб.)
500
333,3
1,5
4000
1,5
300
200
3
3700
Борьба с утечкой капитала
1,5
216
144
4,5
3484
Борьба с хищениями путем
завышения цен по гос. закупкам
1,5
200
133,3
6
3284
ИС по контролю денежных потоков
1,5
21,5
7,2
7,5
3262,5
Видеонаблюдение в общественных
местах в помещениях, 8,15%
1
4,57
4,57
8,5
3258
Охранная сигнализация в
помещениях, 13,6%
4
8,75
2,2
12,5
3250
Видеонаблюдение в общественных
местах на улице, 12,06%
1,5
2,25
1,5
14
3247
Видеонаблюдение дворов, 34%
20
12
0,85
34
3227
Видеонаблюдение в общественном
транспорте, 2,5%
3
1,25
0,41
37
3224
Наименование мероприятия, доля
в общем количестве преступлений
Затраты
(млрд.
руб.)
Результат
(млрд. руб.)
Борьба с обналичиванием денежных
средств
1,5
Борьба с уходом от налогов
вые правонарушения на сумму более
3500 млрд. руб.
Для расчета заполняем табл. 4. В нее
вписываются все мероприятия (графа 1), затраты на их реализацию (графа 2), полученный результат (графа 3),
рассчитывается эффект от вложенных
средств на единицу вложенного рубля (графа 4 = 3/2) , номер приоритета
(графа 5).
Перепишем табл. 4 в порядке ранжирования, заполним графы с затратами и результатом нарастающим итогом (табл. 5). Результат
на начало периода берем за 100%,
результат на конец периода –
33, 85%.
Строим график «затраты − результат»
(рис. 7) на основе данных граф 5 и 6
табл. 5.
Рассмотрим, как будет уменьшаться
ущерб от преступлений. Для этого построим табл. 6, где в качестве результата
будем рассматривать ущерб в деньгах.
Перепишем табл. 6 в порядке ранжирования, заполним графы с затратами
и результатом нарастающим итогом
(табл. 7). Результат на начало периода
– 4500 млрд. руб., результат на конец
периода – 3224 млрд. руб.
59
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2011
На основе данных табл. 7 строим график зависимости «затраты − сокращение ущерба» (рис. 8).
Выводы
Если государство выделит на борьбу с
преступностью 167 млрд. руб. и реализует все указанные мероприятия (рис. 7), то
за год количество преступлений может
сократиться на 66%. В то же время при
ограниченных средствах, например, при
возможности выделить только 67 млрд.
руб., но с применением предложенного
алгоритма, сокращение составит 61% и
эффективность вырастет кратно. Для
сокращения преступности вдвое достаточно 31 млрд. руб. (при этом эффективность растет более чем в 3 раза).
Если это не достаточно хороший результат, то необходимо пересмотреть
потенциал достижения цели и найти
еще ряд более эффективных мероприятий, чем предложенные. Если же
государство устраивают текущие темпы (рис. 1), то достаточно реализовать
только первое и второе мероприятия,
потратив всего 2,5 млрд. руб.
Для сокращения ущерба (рис. 8) на 1216
млрд. руб. (27%) достаточно потратить 6
млрд. руб. на 4 мероприятия или 0,5% от
результата. То есть на каждый вложенный рубль отдача составит 202,6 руб.
Анализ результатов расчетов по двум
критериям показывает, что эффективнее сконцентрироваться на ликвидации
экономических преступлений, так как
кроме несравненно большего финансового результата их решение вызывает
цепную реакцию снижения остальных
(неэкономических) преступлений. Одной из основных причин большинства
преступлений является бедность, порождаемая безработицей. Снижение
преступлений экономического характера (табл. 7) автоматически будет способствовать росту деловой активности,
возникновению новых рабочих мест и
снижению безработицы. Финансовое
укрепление пенсионного и других фондов будет способствовать росту благосостояния социально слабозащищенных слоев населения.
Эффективность управленческих решений в системе МВД может кратно
возрасти при внедрении интеллектуальных информационных систем и
современных
видео-аналитических
комплексов [1, 8].
60
Рис. 7. Зависимость «затраты – падение преступности»
Рис. 8. Зависимость «затраты – сокращение ущерба»
Литература
1. Дворянкин С.В., Жаркой Р.М., Минаев В.А. Безопасный город: интеллектуальные технологии./ Спецтехника и связь, 2010. − № 2-3. –С. 23 – 30.
2. Б
алашов В.Г., Ириков В.А. Технологии повышения финансового результата. –
М.: МЦФЭР, 2009.
3. И
риков В.А. Методы программно-целевого управления, включая бюджетирование, ориентированное на результат: Учебно-методическое пособие. – М.:
РосНОУ, 2007.
4. Отарашвили З.А. Методы капитализации интеллектуальных активов. Управление активами инновационного предприятия. Алгоритмы принятия выгодных финансовых решений: Учебное пособие. – М.: РосНОУ, 2009.
5. Ириков В.А., Отарашвили З.А. Алгоритмы и информационные технологии решения типовых задач подготовки и принятия выгодных финансовых стратегий. – М.: РосНОУ, 2011. – 104 с.
6. Г
убанов Д.А., Коргин Н.А., Новиков Д.А., Райков А.Н. Сетевая экспертиза. – М.:
Эгвес, 2010.
7. http://www.mvd.ru
8. http://www.iss.ru
Документ
Категория
Наука и техника
Просмотров
112
Размер файла
5 506 Кб
Теги
267, спецтехника, 2011, связи
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа