close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

404.Спецтехника и связь №1 2009

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Учредитель – Российский
новый университет
СОДЕРЖАНИЕ
РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ
ВОЛКОВ В.Г.
Телевизионные камеры для спецтехники
СМЕЛКОВ В.М.
К вопросу теоретического обоснования реализации
обмена параметров при проектировании телекамер
прикладного назначения
2
12
ЗВЕЖИНСКИЙ С.С., ПАРФЕНЦЕВ И.В.
Магнитометрические феррозондовые градиентометры
для поиска взрывоопасных предметов
16
АНЦЕЛЕВИЧ М.А., КАРПОВ А.С., УДАВИХИН А.В.,
ЩЕРБАКОВ Г.Н.
Обнаружение проводных линий управления
террористическими взрывными устройствами
30
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. РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ
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
ПЕЛЁВИНА Е.Н.
Система управления наведением гидроразрушителя
мобильного робототехнического комплекса
35
НАГОРНЫЙ С.И., ДОНЦОВ В.В.
Иллюзия выбора защищенных средств коммуникации
39
ХОРЕВ А.А.
Классификация электронных устройств перехвата
информации
Москва, ул. Авиамоторная, 55, кор. 31
Для писем:
105005 Москва, ул. Радио, 22
Тел./факс: +7 (495) 661-6857,
тел.: +7(963) 636-8984
e-mail: rid@rosnou.ru
e-mail: galina_chernaya@bk.ru
http://www.st-s.su
46
Индекс в каталоге
Агентства «Роспечать» 80636
АКИМОВ В.Н., БАБИН А.И., ШОРИН А.О.
Радиомодемы диапазонов VHF/ UHF в задачах охраны
и мониторинга объектов
50
Предпечатная подготовка
ПОЛЯКОВ В.Т.
NVIS — техника ближней связи на КВ
59
Все рукописи, принятые 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».
ООО «Типография «СТАНДАРТ»
Тел.: +7 (495) 223-5462
Дизайн, верстка –
Мринская Е.Н.
Отпечатано с готовых диапозитивов
в ООО «Типография «СТАНДАРТ»
105523 Москва,
Щелковское ш., д. 100, корп. 5
Заказ № 37-09
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 «РосНОУ» 2009 г.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
волков1 Виктор Генрихович,
доктор технических наук
ТЕЛЕВИЗИОННЫЕ
КАМЕРЫ ДЛЯ
СПЕЦТЕХНИКИ
Рассмотрено современное состояние разработки ТВ-камер для специальной техники. Описываются кремниевые ПЗС,
гибридно-модульные преобразователи изображения IICCD, IBCCD и ТВ-камеры на их основе, ТВ-камеры черно-белые,
цветные, купольные, «день/ночь», для работы в экстремальных условиях, на основе соединения InGaAs. Приводятся основные параметры этих устройств.
It was considered the modern state of TV-cameras elaborating for special technique. It was described silicon CCD, hybrid-module
images transformers: IICCD, IBCCD and TV-cameras of this base, TV-cameras black-white, colour, domical, «day/night», for work
in the extremal conditions, on the base of combination InGaAs. It was adduced the ground parameters of this devices.
В
настоящее время телевизионные системы нашли широкое
применение в спецтехнике для обеспечения охраны, досмотра, таможенного контроля, вождения транспортных средств, прицеливания, разведки
и пр. Основным элементом таких систем являются ТВ-камеры.
Различают бескорпусные (модульные) ТВ-камеры, корпусные для работы в помещении, корпусные для работы на открытом воздухе, цветные,
черно-белые, а также ТВ-камеры типа «день/ночь», которые могут работать как в цветном, так и в черно-белом режиме. ТВ-камеры могут иметь
стандартное (350 – 380 ТВ-линий)
или высокое (свыше 500 ТВ-линий)
разрешение. ТВ-камеры могут работать в обычных условиях, но существуют ТВ-камеры для работы при экстремальных внешних условиях, в том
числе и при повышенном уровне радиации. ТВ-камеры могут быть в купольном исполнении. Различают также аналоговые и цифровые (сетевые).
В цифровых ТВ-камерах воплощена
технология Internet Protocol (IP), поэ-
2
1
тому их называют IP-камеры. Если ТВкамера сопряжена с электронно-оптическим преобразователем (ЭОП),
то она образует так называемый гибридно-модульный
преобразователь
изображения (ГМП) для работы при
пониженных уровнях освещенности
(сумерки, ночь) [1, 2].
Современные ТВ-камеры в основном выполнены на базе полноформатных кремниевых матриц ПЗС, работающих в области спектра 0,4 – 1,1 мкм,
но, как будет показано выше, есть ТВкамеры, работающие в области спектра 0,9 – 1,7 мкм. В настоящее время
для телевидения высокой четкости созданы матрицы ПЗС с большим числом элементов. Так, фирма Philips
Profes Imaging (Нидерланды) разработала матрицы ПЗС с числом элементов
1024×1024 (модель FTF1010), 2048×2048
(модель FTF2020), 3072×3072 (модель FTF3020). Фирма Alt Systems Inc.
(США) разработала матрицу ПЗС с
числом элементов 4096×4096, а фирма
Dalsa Inc. (США) – с числом элементов
5000´5000 [1]. В ЦНИИ «Электрон» созданы матрицы ПЗС с числом элемен-
– ФГУП «Альфа», ведущий научный сотрудник.
тов 1152×1920, 1040×1160, 2000×2000,
256×5000, в ФГУП «НПП «Пульсар» –
534×1154,256×3500, 1600×1200 [1].
Развитие матриц ПЗС идет в направлении увеличения чувствительности, количества светочувствительных
элементов (пикселей) в матрице ПЗС,
уменьшения размеров пикселей, расширения динамического диапазона.
Так, фирма Sony (Япония) выпускает матрицы ПЗС с числом элементов
2048×2048 при размере пикселя 7,4×7,4
мм и 4000×2672 элементов с размером
пикселя 9×9 мкм при динамическом
диапазоне свыше 5000 [1].
В ТВ-камерах стандартного разрешения используются матрицы ПЗС с
числом элементов по строке 500 при
разрешающей способности примерно
380 ТВ-линий [3]. Но при оценке разрешения следует установить также
глубину модуляции сигнала с числом
штрихов, соответствующих разрешающей способности, – коэффициент
передачи контраста. Реально в лучших
ТВ-камерах он достигает 0,5 – 0,7.
При низком значении этого коэффициента (0,1 и ниже) даже при разре-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
обзор
Фото 1. ТВ-камера на базе
охлаждаемой матрицы ПЗС
шающей способности 380 ТВ-линий
изображение утрачивает резкость и в
нем трудно различить мелкие детали
[3]. При использовании в ТВ-камерах
несимметричного корректора четкости с избыточной коррекцией, настроенной на 150 – 200 ТВ-линий, глубина
модуляции доходит до 1,0, но для 380
линий падает до 0,1 – 0,2. В результате изображение пестрит резкими углами и контурами линий, мелкие детали различимы с трудом [3]. В этом
смысле предпочтительнее используемое фирмой «ЭВС» (Россия) применение симметричного корректора четкости, настроенного на 400 ТВ-линий,
обеспечивающего глубину модуляции
не менее 0,5 [3]. В ТВ-камерах высокого разрешения с числом элементов
по строке 50 – 760 разрешающая способность доходит примерно до 570 –
600 ТВ-линий. Но если ТВ-мониторы,
аналоговые видеомагнитофоны и квадраторы настроены на меньшее разрешение, то реализация высокого разрешения не происходит. Для повышения
разрешения системы в целом следует
применять ТВ-мониторы, цифровые
видеомагнитофоны или регистраторы
изображения с разрешением не менее 500 ТВ-линий при размере экрана
ТВ-монитора не менее 14'', а лучше 19''
или 21'' [3].
ТВ-камеры используют матрицы
ПЗС разного формата. Формат – внешний диаметр (в дюймах) трубки види-
Рис. 1. Сравнительные спектральные характеристики:
кривая 1 − обычная матрица ПЗС, модель ICX058CL фирмы Sony;
кривая 2 – матрица EXview HAD CCD, модель ICX258AL
кона, у которого размеры мишени равны размерам матрицы ПЗС. Различают
форматы 1/5'', 1/4'', 1/3'', 1/2'', реже
2/3'', 1'', 4/3'', применяемые в основном в астрономии. Чем меньше формат, тем дешевле ТВ-камера, меньше
ее размеры и энергопотребление. Но с
уменьшением формата растет уровень
шума и снижается чувствительность в
темноте (примерно в 1,5 раза при снижении на один формат [3]).
Чувствительность матриц ПЗС можно повышать разными способами. Известно, что охлаждение на каждые 9° С
приводит к уменьшению темнового
тока матрицы ПЗС в 2 раза [1, 4]. Поэтому применяют охлаждение матриц
ПЗС путем заливки жидкого азота в
сосуд Дюара, в котором смонтирована матрица ПЗС. При этом температура охлаждения составляет 77 К. Чаще используют охлаждение до –80� С
с помощью одно- или двухкаскадных термоэлектрических охладителей
(ТЭО) (фото 1). Однако такие технические решения не получили широкого распространения. Для повышения
чувствительности можно использовать объектив с большей светосилой,
например, вместо 1:1,2 применить
1:0,75, но это увеличит стоимость ТВкамеры. В стандартных матрицах ПЗС
Super HAD при относительном отверстии объектива 1:1,2 чувствительность
составляет 0,1 лк [4]. Фирма Sony повысила чувствительность матриц ПЗС
EXview HAD приблизительно в 4 раза за счет повышения абсолютной величины чувствительности и ее сдвига
в ближнюю инфракрасную (ИК) область спектра [3, 4]. Созданы новые типы матриц ПЗС EXview HAD CCD, которые имеют отношение сигнал/шум
лучше 115 дБ по сравнению с 20 дБ для
обычных матриц ПЗС.
На рис. 1 представлены кривые спектральной чувствительности обычной
матрицы ПЗС фирмы Sony (модель
ICX058CL) и матрицы EXview HAD
CCD (модель ICX258AL) [1]. Высокая
чувствительность достигается за счет
применения микролинз, концентрирующих свет в сравнительно небольшие
по размеру фоточувствительные окна матрицы ПЗС. Для дальнейшего повышения чувствительности используются ночные режимы [3]. Один такой
режим достигается увеличением чувствительности путем суммирования
сигналов в соседних элементах матрицы ПЗС (ночной режим 1), а другой −
увеличением чувствительности путем
суммирования сигналов соседних кадров (до 16 кадров) непосредственно в
матрице ПЗС (ночной режим 2) [3]. В
результате суммарная чувствительность может достигать 4×10-5 лк [3].
Рассмотрим основные виды ТВ-камер на базе матриц ПЗС.
Бескорпусные (модульные) ТВ-камеры представляют собой одну, две
или больше параллельных печатных
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2009
Фото 2. Бескорпусные (модульные) ТВ-камеры [7]: а – модель PVCB-0121 с обычным объективом, б – модель PVCB-0121P
с объективом Pin-hole
Фото 3. Цветные ТВ-камеры фирмы ACUMEN Int. Corp. (Тайвань): а – IP-камера, модель Ai-IC-80; б – цилиндрическая с
объективом, модель Ai-BU45S; в – ZOOM-камера, модель Ai-ZC45
плат. На верхней печатной плате монтируется матрица ПЗС, видеоусилитель и держатель (holder) объектива.
Для различных объективов – с резьбой М12, Pin-hole и CS-mount – существует свой держатель. Их замена
осуществляется достаточно просто –
путем крепления или демонтажа с помощью винтов. Бескорпусную ТВ-камеру можно вставить в любой корпус
в зависимости от специфики применения. Внешний вид бескорпусных ТВкамер представлен на фото 2, а их типичные параметры – в табл. 1.
На основе бескорпусных ТВ-камер выполняются корпусные. Их корпуса выполняются из металла или из
прочного пластика. Эти камеры могут
монтироваться с помощью малогабаритных кронштейнов на стенах, стойках и т.п. с возможностью поворота по
вертикали и горизонтали с последую-
4
щей фиксацией. Вместо такого кронштейна может быть использовано программируемое поворотное устройство,
которое обеспечивает автоматическое
перемещение ТВ-камеры по азимуту
и по углу места цели в соответствии с
заданным законом. ТВ-камера может
быть изготовлена в купольном исполнении. В этом случае она может монтироваться на стене, столбе, потолке,
карнизе и т.п. и осуществлять обзор в
широком угле поля зрения по азимуту
и по углу места цели.
Для работы на открытом воздухе ТВ-камеры должны функционировать в диапазоне рабочих температур
обычно от −45 до +45° С, иметь хорошую устойчивость от запотевания и
обледенения, от снижения видимости из-за воздействия осадков. ТВ-камеры должны иметь надежную герметизацию для защиты от влажности,
для обеспечения нормальной работы
при интенсивных ливнях, а также при
кратковременном погружении в воду.
Все это может быть обеспечено за счет
установки камеры в специальный кожух, в котором создается требуемый
диапазон рабочих температур, полная
герметизация, предусмотрена защита входного окна кожуха от запотевания и заиндевения, работа дворников
обеспечивает нормальную видимость
при воздействии осадков. Такие ТВкамеры также могут быть установлены
на регулируемых кронштейнах либо
на поворотных устройствах. Для работы ТВ-камер в полной темноте или при
пониженном уровне естественной освещенности они могут быть оснащены
инфракрасными прожекторами.
В дневных условиях чаще всего используются цветные ТВ-камеры. Особенно важно их применение в медици-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
обзор
не, в пунктах досмотра автомобилей, в
проходных, в криминалистике, в казино и др. Однако по сравнению с черно-белыми цветные ТВ-камеры имеют более низкие чувствительность
и разрешающую способность, более
высокую стоимость и требуют более
тщательной настройки. Чувствительность цветных ТВ-камер невысока
из-за уменьшения каждого пикселя
вследствие увеличения их числа при
том же размере матрицы ПЗС и той
же разрешающей способности, а также за счет применения дополнительного светофильтра [5]. Этот фильтр
отсекает инфракрасное излучение
для обеспечения правильной цветопередачи. Фирма «Системы наблюдения Extreme CCTV» (Россия) применяет технологию MFP [6] (рис. 2). В
соответствии с ней днем перед матрицей ПЗС устанавливается режекторный ИК-фильтр, который обеспечивает высокую точность цветопередачи
вырезанием из спектра матрицы ПЗС
ИК-составляющей. Ночью полосовой
ИК-фильтр, управляемый фотоприемником, обеспечивает дополнительное улучшение видения в темноте. Основные параметры цветных ТВ-камер
представлены в табл. 2, а типичный
внешний вид дан на фото 3.
Современные цветные ТВ-камеры
имеют автоматическую регулировку фокусировки объектива и диаметра его апертурной диафрагмы, времени срабатывания электронного
затвора, АРУ, включение компенсации внешней засветки, переключение
режимов гамма-коррекции, режимов
синхронизации, регулировка баланса белого (для хорошей цветопередачи) и пр. [5]. Динамический диапазон
работы может быть расширен в ТВкамерах с цифровой обработкой сигнала. В таких ТВ-камерах осуществляются две экспозиции каждого поля с
различными значениями времени срабатывания электронного затвора при
последующем совмещении обеих экспозиций в одно поле. Это позволяет создавать изображения и темных,
и светлых участков [5]. Возможна попиксельная обработка сигнала, а также
инвертирование (зачернение) наиболее ярких зон изображения. Это позволяет наблюдать изображение при
встречных засветках и при возникновении бликов [5]. ТВ-растр делится на
ряд небольших прямоугольных зон. В
пределах каждой из них раздельно измеряется яркость изображения. Это
позволяет получить изображение с
высоким качеством подвижных или
периферических объектов, что невозможно при использовании ТВ-камер
с обычной компенсацией фоновой
засветки. Цифровая обработка позволяет получить также более точное
воспроизведение цветов и повысить
контрастность изображения.
Черно-белые ТВ-камеры имеют максимальные чувствительность и разрешающую способность, низкую стоимость. Они хороши для скрытного
наблюдения, особенно при низких
уровнях освещенности. Их часто применяют в системах разведки, прицеливания и вождения транспортных
средств в ночных условиях. Основные
параметры черно-белых ТВ-камер даны в табл. 3, а внешний вид типичных
камер – на фото 4.
Стремление решить проблему создания цветного изображения днем и черно-белого изображения ночью привели к созданию ТВ-камер «день/ночь»
(фото 5). Их основные параметры даны в табл. 4. При снижении освещенности ТВ-камера автоматически переключается из цветного режима работы
в черно-белый. Установленный перед
матрицей ПЗС ИК-фильтр при ее работе в цветном режиме автоматически
отодвигается, и чувствительность матрицы ПЗС возрастает. При этом она
Фото 4. Черно-белые ТВ-камеры фирмы ТАНЕКС (Россия) [7]: а – PVC-012PA4; б – PVC-0125BA; в – PVC-0124B;
г – PVC-0124P4; д – РVC-0126
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2009
Рис. 2. Технология MFP, по которой выполнена модель EX 14
MX.4-VA408 [6]
Фото 5. ТВ-камеры типа «день/ночь»: а – модель WAT-232 фирмы Watec Co. Ltd., Япония; б – модель STC-3650 XTREEM
торговой марки Smartec, в – модель EX 14 MX.4-VA408 фирмы «Системы наблюдения Extreme CCTV» (Россия) [6]
переходит в черно-белый режим работы [6]. Конечно, понятие «круглосуточная работа» в отношении таких ТВкамер весьма условно: они работают
при ночном уровне освещенности по-
рядка 0,05 лк. Это соответствует только очень ясной лунной ночи, в то время как уровень естественной ночной
освещенности в условиях ясной звездной ночи составляет до 10-3 лк [1]. По-
этому при таких низких уровнях освещенности неизбежно применение
ИК-осветителей.
Окончание в № 2, 2009 г.
Литература
1.
2.
3.
4.
5.
Волков В.Г. Матрицы ПЗС для телевизионных камер/ Электронные компоненты. – 2006, № 5, с. 77 − 80.
Волков В.Г. Сверхвысокочувствительные телевизионные системы/ Специальная техника. – 2002, № 4, с. 2 − 11.
Телевизионные камеры. Системы видеонаблюдения. Каталог фирмы «ЭВС». – Санкт-Петербург, 2007.
CCD Array Cooled Scientific Cameras/ Laser Focus World. – 1999, Vol. 35, No. 3.
Арсентьев А.Ю. Черно-белые телекамеры: старые «клячи» или «рабочие лошадки»?/ Системы безопасности. – 2007,
№ 4 (76), с. 82 – 92.
6. Серия EX 14 MX.4-VA408. Универсальная телекамера MFP. Проспект фирмы «Системы наблюдения Extreme CCTV». –
Санкт-Петербург, 2007.
7. Системы видеонаблюдения. Каталог фирмы ТАНЕКС. – Москва, 2005.
6
VNA-543
VNA-742
VNA-743
VNA-702
ЭВС,
Россия
ЭВС,
Россия
ЭВС,
Россия
ЭВС,
Россия
ON-B808
CA-0,54N
ACE-S110C
SK-1004XC
АСЕ-ЕХ560
ACE-S560
KT&C,
Южная Корея
KT&C,
Южная Корея
KT&C,
Южная Корея
KT&C,
Южная Корея
Hanse Electronics Co. Ltd.,
Южная Корея
QWONN Inc.,
Южная Корея
ACE-S560HEx
KT&C,
Южная Корея
1/3;
582×500
1/3;
510×492
1/3;
752×582
1/3;
768×494
1/3;
795×596
1/3;
752×582
1/3;
752×582
1/3
MS-M335 (P)
3×10-4 (1:1,2)
0,5 (1:1,2)
570
450
>480
400
3×10-3 (1:1,2)
0,5 (1:1,2)
600
>600
>580
600
420
600
570
570
570
570
380
380
570
N,
ТВлинии
5×10-3 (1:2)
0,05 (1:2)
5×10-3 (1:2)
0,1
0,02 (1:1,2)
0,2 (1:2)
1/3
1/3
3×10-4 (1:1,4)
4×10-5 (1:0,8)
4×10-5 (1:0,8)
5×10-4 (1:0,8)
4×10-5 (1:0,8)
5×10-4 (1:0,8)
7×10-3 (1:1,2)
Чувствительность,
лк (относительное
отверстие
объектива)
1/2;
795×596
1/2;
752×582
1/3;
752×582
1/3;
752×582
1/3;
582×500
1/3;
582×500
1/3;
752×582
MS-M235
(P, N)
WAT902Hb2S
YK-3043/
3044
VNA-542
ЭВС,
Россия
Watec Co. Ltd.,
Япония
YOKO,
Тайвань
MISUMI Electronics
Corp.,Тайвань;
Sunkwang Electronics,
Южная Корея
MISUMI Electronics
Corp.,Тайвань;
Sunkwang Electronics,
Южная Корея
VBI-731
Модель
ЭВС,
Россия
Фирма, страна
Формат;
число
пикселей
Таблица 1. Основные параметры типичных бескорпусных (модульных) ТВ-камер
46
>45
>50
>50
>50
50
52
48
48
48
48
48
С/ш,
дБ
матрица ПЗС Exview HAD;
суммирование элементов
и кадров
матрица ПЗС Exview HAD;
суммирование элементов
и кадров
=10 – 12,5;
0,29
=10 – 12,5;
0,29
42×42×20
42×42
35×35
32×32×27
30×30
30×30
30×30
35×35
35×35
=12; 0,18
=12; 0,15
=12; 0,12
=12; 0,2
=9 – 15;
0,15
=9 – 15;
0,15
=12; 0,11
=12; 0,11
=12; 0,11
=12; 0,11
матрица ПЗС Exview HAD,
суммирование элементов
=10 – 12,5;
0,175
32×32×27/
32×32×15
суммирование элементов
и кадров
=10 – 12,5;
0,25
время срабатывания
электронного затвора 1/50 –
1/105; диапазон рабочих
температур −30…+50º С
время срабатывания
электронного затвора 1/50 –
1/105; диапазон рабочих
температур −10…+45º С
экспозиция электронного
затвора 1/50 – 1/105
суммирование элементов
=10 – 12,5;
0,15
=12
матрица ПЗС
Exview HAD
Примечание
=10 – 12,5;
0,115
U, B;
I, A
40×40×21
42×42
42×42
42×42
42×42
42×42
32×32
Габариты, мм
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
обзор
7
8
1/3
1/3
PVCB-0121
PVCB-0121P
Модель
Формат;
число
пикселей
0,18
0,18
Чувствительность,
лк (относительное
отверстие
объектива)
420
420
N,
ТВлинии
С/ш,
дБ
32×32×16
32×32×35
Габариты, мм
=12; 0,1
=12; 0,1
U, B;
I, A
Примечание
WAT-2500
Watec Co. Ltd.,
Япония
VCC-5885P
VCC-6975P
Sanyo,
Япония
Sanyo,
Япония
Ai-IC-80
VCC6572
Sanyo,
Япония
ACUMEN Int.
Corp., Тайвань
VCC5775
Sanyo,
Япония
FUM980
MA
VCC-6592P/
6594P
Sanyo,
Япония
FUHO Technology
Co. Ltd., Тайвань
WAT-240vivid
Watec Co. Ltd.,
Япония
WAT-230vivid;
WAT-221S/
231S
Модель
Watec Co. Ltd.,
Япония
Фирма,
страна
1/3; 795×596
1/3; 582×512
1/3
1/3
1/3
1/3
1/3
1/4
1/3
1/2
Формат;
число
пикселей
4 (1:1,2)
0,1 (1:1,4)
0,05 – 1,4 (1:1,2)
0,4 (1:1,2)
1,0 (1:1,2)
1,4 (1:1,2)
0,3 – 0,6 (1:1,2)
1,6 (1:2)
0,1 (1:1,2)
0,1 (1:1,2)
Чувствительность,
лк (относительное
отверстие бъектива)
520
420
480
520
520
480
520
450
450
450/480
N,
ТВ-линии
Таблица 2. Основные параметры типичных корпусных цветных ТВ-камер
>48
>48
>50
>48
>48
>48
50
50
50
С/ш, дБ
-/65×52×120
0,525/
70×50×130
0,47/
67×54×126
0,28/
56×45×99
-/56×45×95,5
0,16/
63×68×51
=12 (9,3)
=12; ~110/
~220 (0,22)
=12; ~24;
(4,1/ 4)
=12 – 15;
~24 (3,6)
=12
=12; ~24
=12; ~24
=6; 0,18
0,035/
30×30×13
(WAT-230);
0,028/
Ø18×48
(WAT-240)
0,31/
106,5×56×45
=12; 0,15
=12; 0,19
U, B; I, A
(Pэ, Вт)
0,09/
35,5×36×64
0,16/
43,5×44×63,5
Масса, г/
габариты, мм
цифровая ТВ-камера;
чувствительность
0,05 лк обеспечивается
при Гц = 32×
цифровая ТВ-камера
цифровая ТВ-камера
цифровая ТВ-камера
время срабатывания
электронного затвора
до 1/105
время срабатывания
электронного затвора
до 1/104
время срабатывания
электронного затвора
до 1/104
Примечание
Примечания: U – напряжение питания, I – ток потребления, N – разрешающая способность, с/ш – отношение сигнал/шум; модели по пп.15, 16 дают цветное
изображение, остальные модели – черно-белое.
ТАНЕКС,
Россия
ТАНЕКС,
Россия
Фирма, страна
Окончание таблицы 1
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2009
1/3; 753×582
1/4; 440000
1/3; 582×500
Формат;
число
пикселей
0,5 (1:1)
1,0 (1:1,2)
0,45 (1:1,2)
Чувствительность,
лк (относительное
отверстие бъектива)
480
440
480
N,
ТВ-линии
>48
С/ш, дБ
0,28/
58×52×130
0,45/
60×63×113
0,2/Ø23×63
Масса, г/
габариты, мм
=12; ~24;
(2,5/ 3,5)
=6 – 12
(1,5)
=12 (1,2)
U, B; I, A
(Pэ, Вт)
диапазон рабочих
температур
−50…+50º С
Гоп = 18×, Гц = 12×,
ГΣ = 216×
Примечание
WAT-127LH/
137LH
WAT-902H
WAT-902DM2/
DM3
WAT-300DH
WAT-903К
WV-BP372
Watec Co. Ltd.,
Япония
Watec Co. Ltd.,
Япония
Watec Co. Ltd.,
Япония
Watec Co. Ltd.,
Япония
Watec Co. Ltd.,
Япония
Panasonic, Япония
VNC-743
ЭВС,
Россия
WAT-902H2/ H3
SUPREME
VNC-742
ЭВС,
Россия
Watec Co. Ltd.,
Япония
VSC-746
Модель
ЭВС,
Россия
Фирма,
страна
2×10-4 (1:1,2)
0,06 (1:1,2)
1/3;
768×582
0,04 (1:2)
1,8×10-3/ 2×10-3 (1:1,4)
3×10-4
1,5×10-3/ 2×10-3 (1:1,4)
3×10-4/ 5×10-4 (1:1,4)
4×10-5 (1:0,8)
5×10-4 (1:0,8)
5×10-3 (1:1,2)
Чувствительность,
лк (относительное
отверстие объектива)
1,3;
795×596
1/3
1/2 /1/3
1/2
1/2 /1/3
1/2 /1/3
1/3;
752×582
1/3;
752×582
1/2;
752×582
Формат;
число
пикселей
570
570
570
570
570
570
570
570
570
570
N,
ТВ-линии
Таблица 3. Основные параметры типичных корпусных черно-белых ТВ-камер
50
50
50
52
48
>50
46
48
48
52
С/ш, дБ
0,445/
67×65×133
0,13/34×37×65
0,2/
75×71×70
0,09/
36×36×58
0,09/
36×36×58
=12; 0,25
=12; 0,18
=12; 0,14
=12; 0,12
=12; 0,18
=12; 0,2/
~24; 0,085
=12; 0,16
0,09/
36×36×63
0,14/
67,5×44×43,5
=10 –
12,5; 0,29
=10 –
12,5; 0,195
=10 –
12,5; 0,15
U, B; I, A
(Pэ, Вт)
-/56×50×80
-/56×50×80
-/56×50×80
Масса, г/
габариты, мм
время срабатывания
электронного затвора
1/50 – 1/105
время срабатывания
электронного затвора
1/50 – 1/105
время срабатывания
электронного затвора
1/50 – 1/105
время срабатывания
электронного затвора
1/50 – 1/105
время срабатывания
электронного затвора
1/50 – 1/105
матрица ПЗС EXview
Had
матрица ПЗС EXview
Had; суммирование
элементов
матрица ПЗС EXview
Had; суммирование
элементов и кадров
Примечание
Примечания: U – напряжение питания, I – ток потребления, N –разрешающая способность, с/ш – отношение сигнал/шум, Pэ – энергопотребление,
Гоп – увеличение оптическое, Гц – увеличение цифровое, ГΣ – увеличение суммарное.
SDC-313/243
Ai-ZC45
ACUMEN Int.
Corp., Тайвань
Samsung, Южная
Корея
Ai-BU45S
Модель
ACUMEN Int.
Corp., Тайвань
Фирма,
страна
Окончание таблицы 2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
обзор
9
10
1/3
1/3
1/3
1/3
1/3
PVC-0125BA
PVC-0124B
PVC-0124Р4
PVC-0126
Формат;
число
пикселей
1/3;
782×500
1/3;
752×582
1/3;
752×582
PVC-0125A4
SBC-331AP/30
/AP
KPC-S20 PHE×1
WV-BP142
Модель
0,1
0,1
0,1
0,1
0,1
0,05 (1:1,2)
3×10-4 (1:1,2)
0,06
Чувствительность,
лк (относительное
отверстие объектива)
420
420
420
420
420
570
>600
380
N,
ТВ-линии
>52
>48
46
С/ш, дБ
-/∅19×55
-/∅19×46
-/∅19×55
-/30×30×35
-/30×30×18
0,42/
65×52×133
=12; 0,1
=12; 0,1
=12; 0,1
=12; 0,1
=12; 0,1
=12/~24/
~220 (2-3)
=12; 0,12
=12; 0,175
0,33/
67×65×132
-/20×20
U, B; I, A
(Pэ, Вт)
Масса, г/
габариты, мм
Примечание
WAT-232
Baxall CDX
9772DSP
Солинг,
Россия
Балтика,
Россия
TCD-7012/4.0
TCD-7012/6.0
TCD-7012/8.0
VCC-745
ЭВС, Россия
Формула
безопасности,
Россия»
Модель
Фирма,
страна
1/3;
582×500
1/2;
752×582
1/2;
1/2;
752×582
Формат
(дюйм);
число
пикселей
8×10 (с/ш = 10);
5×104 (1:0,8)
6×10-3;
0,1 (1:1,2)
0,08;
0,75 (1;1,2)
Ч-Б
Ц
Ч-Б
Ц
Ч-Б
Ц
0,01;
0,6 (1:1,2)
Ч-Б
Ц
-4
Чувствительность,
лк (относительное
отверстие
объектива)
Цветность
Таблица 4. Основные параметры типичных ТВ-камер «день/ночь»
380
570
450 –
480
460
N,
ТВлинии
>48
48
50
10 –
48
с/ш,
дБ
0,4
0,5/60×60×123
0,15
-/56×50×75
Масса, г/
габариты, мм
=12; 0,25
=12/~24/~230
=12; 0,18
=12/~24/~110
/~220; 0,145
U, B; I, A
(Pэ, Вт)
–20…+50
–10…+45
–10…+45
Диапазон
рабочих
температур,
ºС
фокусное
расстояние
объектива 4; 6; 8 мм,
угол обзора
55 − 65º
автоматическое
переключение
в черно-белый
режим при
уменьшении
освещенности
время
срабатывания
электронного
затвора
1/50 – 1/105
Примечание
Примечания: U – напряжение питания, I – ток потребления, N – разрешающая способность, с/ш – отношение сигнал/шум, Pэ – энергопотребление.
KT&C,
Южная Корея
Samsung, Южная
Корея
ТАНЕКС,
Россия
ТАНЕКС,
Россия
ТАНЕКС,
Россия
ТАНЕКС,
Россия
ТАНЕКС,
Россия
Panasonic, Япония
Фирма,
страна
Окончание таблицы 3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2009
VCC-ZM300P
SCC-B2303/
B2003P
SCC-B2307/
B2007P
Формула
безопасности,
Россия»
Samsung,
Южная Корея
Samsung,
Южная Корея
1/3;
752×582
1/3;
752×582
1/4;
752×582
1/3;
752×582
SHC-721A
Samsung,
Южная Корея
1,3;
752×582
1/4;
752×582
2,5×10 (1:1,2)
Ц
0,3 – 2×10
3×10-2 – 2×10-4
0,2 – 1×10-3
Ц
Ч-Б
Ц
480
450
550
500
6×10-3
0,1; (1:1,2)
0,09 (1:1,6)
1,5 (1:1,2))
3×10-3
0,2 (1:1,2)
Ч-Б
Ц
Ч-Б
Ц
Ч-Б
Ц
480
450
570
500
530
530
520
520
480
540
470
N,
ТВлинии
Ц
0,2 (1:2)
6×10-2 – 4×10-4
Ч-Б
Ч-Б
1,5×10-2 (1:1,6)
Ц
-3
2×10-3
0,3 (1:1,25)
Ц
Ч-Б
10-2
Ч-Б
-2
2×10-3
0,4 (1:1,2)
Ц
Ч-Б
0,1
1,0 (1:1,2)
Ц
Ч-Б
0,2
Чувствительность,
лк (относительное
отверстие
объектива)
Ч-Б
Цветность
50
>50
50
>46
>52
>52
>50
>50
>50
>50
>48
с/ш,
дБ
0,46/
69×56×125
0,4/
80,5×59×180
0,15/
44×44×67
0,7
(с кронштейном)
/85×85×180
0,4
0,45 – 0,55/
68×55×130,5
0,38/
54×62×121
0,4/
54×67×128
0,42/
67×54×128
0,4 – 0,52/
62×63×131
0,4 – 0,52/
60×51×130
Масса, г/
габариты, мм
=12/~24; 0,33
(2)
=12; 0,6
=12; 0,18
=12/~24 (2)
=12/~24/~230
(4,5 – 5,2)
=12/~24/~230
(4,5 – 5,2)
=12 – 15/
~24 (4,5)
=12/~24 (5)
=12 - 15/
~24 (6)
=12/~24/
~230 (<4,2)
=12 (2,4)/
~230 (3)
U, B; I, A
(Pэ, Вт)
–40…+50
–20…+50
–10…+50
–10…+50
–10…+50
–10…+50
–10…+50
–10…+50
Диапазон
рабочих
температур,
ºС
IP-камера
время
срабатывания
электронного
затвора 1/50 –
1/105
время
срабатывания
электронного
затвора 1/50 –
1/104
время
срабатывания
электронного
затвора 1/50 –
1/104
Гоп = 22×,
Гц = 16×,
ГΣ = 352×
время
срабатывания
электронного
затвора 1/120 –
1/104
Примечание
Примечание: U – напряжение питания, I – ток потребления, Pэ – энергопотребление, N – разрешающая способность, с/ш – отношение сигнал/шум, Гоп –
увеличение оптическое, Гц – увеличение цифровое, ГΣ – увеличение суммарное.
ZN-L8000
СВС,
Германия
1/3;
480×450
VCC-4795P
Формула
безопасности,
Россия»
1/3;
795×596
WAT-232
VCC-WD
8575P
Формула
безопасности,
Россия»
1/3;
752×582
1/3;
762×582
ICE+DN3
XUTP/LV
ICE+DU3
XUTP/M
Формула
безопасности,
Россия»
Формат
(дюйм);
число
пикселей
1/3; Sony
Super
HAD;
752×582
EX 14
MX.4-VA408
TCD-3110
TCD3112
Формула
безопасности,
Россия»
Системы
наблюдения
Extreme
CCTV, Россия
Watec Co.
Ltd.,
Япония
Модель
Фирма,
страна
Окончание таблицы 4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
обзор
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2009
СМЕЛКОВ Вячеслав Михайлович,
доктор технических наук
К ВОПРОСУ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО
ОБОСНОВАНИЯ РЕАЛИЗАЦИИ
ОБМЕНА ПАРАМЕТРОВ
ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ
ТЕЛЕКАМЕР ПРИКЛАДНОГО
НАЗНАЧЕНИЯ
В статье сделана попытка приложения информационной теории связи к разработке твердотельных телекамер с
переменными параметрами.
This article is an attempt to apply the informational theory of communication for the elaboration of hardbody TV-cameras with
variable parameters.
З
ачем инженеру – разработчику
камер прикладного телевидения
нужно обращение к теории информации? Ведь даже в изобретательском
решении задачи автором постигается лишь причинная связь между предложенным (придуманным) средством
и вызываемым им эффектом, но теоретическая сторона этого процесса
очень часто остается изобретателю неизвестной. И это подтверждает лозунг
патентного законодательства: «Нельзя
требовать, чтобы техническое решение задачи сопровождалось теоретическим обоснованием!».
Ответ теоретика на поставленный
вопрос прост и убедителен: для точ-
12
ки опоры в виде предельно возможных параметров, которые могут быть
достигнуты в телекамерах при просто формализуемых моделях входного
воздействия.
Многообразие кодирования сигналов в телекамере и после нее в цифровом (компьютерном) устройстве в
основном связано с большой априорной неопределенностью в статистических свойствах наблюдаемых изображений. Поэтому, с одной стороны,
подавляющее большинство всех изобретательских решений в прикладном
телевидении, включая и скромные
предложения автора на этом поприще,
имеют практическую цель расшире-
ния диапазонов незнания наблюдателя об изображении. С другой стороны,
качество телевизионной системы оценивается теоретиком по мере приближения к идеальному кодированию в
предположении, что статистика сигнала известна абсолютно точно.
История науки и техники свидетельствует о том, что на пороге XX
века наряду с энергетическими стали
возникать машины совершенно нового типа – информационные, в которых основным был процесс передачи
сигналов. Понятие сигнала сводили к
форме физического процесса, в частности слабого электрического тока.
Термин «связь», пришедший в наш
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
методы
обиход из Германии, означает всего
лишь технику слабых токов. Поэтому
немудрено, что среди связистов до сих
пор не утихают споры о том, является
ли связь наукой, или это только техника, то есть приложение других наук, в
первую очередь, – физики.
Но сейчас большинство из них согласны и с тем, что наш соотечественник А.С. Попов с помощью изобретенного им радиоприемника, который выполнял устойчивый прием волн Герца,
реализовав в 1895 г. два типа радиосвязи: человека с человеком и человека с
объектом природы (грозой), сделал научное открытие.
Почти весь XX век в технике связи
господствовало представление, что
цель связи состоит в неискаженной
передаче сигнала от отправителя к
адресату подобно передаче письма по
почте. Неискаженная передача сигнала, а точнее его формы, через канал
связи считалась идеалом, тем более
что теория связи, разработанная в
1948 г. американским математиком К.
Шенноном, доказывала возможность
достижения этого чуда.
В теории Шеннона информация использовалась как скалярная величина.
Его постановка задачи по неискаженной передаче формы сигнала позволила ему обойтись учетом только количества информации без учета качества информации. Однако идеальная
система связи для неискаженной передачи бесконечного количества информации по каналу связи с конечной
пропускной способностью требовала
бесконечного времени.
Именно эти два допущения − о безвредности возникающего во времени
запаздывания и о стирании качественных особенностей информации −
стали для телевидения как вида связи
очевидным препятствием стыковки
теории и практики.
Поэтому неудивительно, что проблемой единства теории связи и практики
стал заниматься проф. Л.И. Хромов,
работавший во Всесоюзном НИИ телевидения (ныне «НИИТ») с 1957 г. по
космическому телевидению. После ознакомления в конце девяностых годов
с его изложением новой теории связи
[1, 2] автора настоящей статьи поразила мысль теоретика об отсутствовавшем прежде учете работы самой телекамеры в телевизионной системе.
Л.И. Хромов рассуждает так: «У
Шеннона есть понятие об источнике
сообщения или информации для канала, но оно говорит не об учете влияния
объекта на датчик, а о том, что задан,
то есть априори известен, ансамбль
сообщений (случайная функция). Из
этого ансамбля на передающем конце
выбирается форма, подлежащая передаче». Все правильно, так как источником информации согласно теории
Шеннона является сам человек, например оператор-телеграфист.
Л.И. Хромов продолжает: «Однако
на практике проектировщик сам должен строить датчик таким образом,
чтобы из воздействия внешнего объекта получить случайный сигнал, то есть
ансамбль функций, который отвечает
поставленной цели. Именно так поступают в телевидении, разрабатывая
телекамеры. Но и после того, как телекамера разработана, это вовсе не значит, что ее разработчик знает статистическое описание сигнала на выходе
телекамеры. Оно зависит не только от
структуры телекамеры, но и от содержания передаваемого сюжета». Поэтому новая теория связи, делает вывод
Л.И. Хромов, должна рассматривать
проблему передачи и приема скалярной информации «по часам объекта» и
не только ее, но и «проблему создания
необходимого сигнала из воздействия
объекта на датчик, основываясь на
уравнениях, как это принято в физике».
Информационное уравнение выражает принцип равновесия в информационном треугольнике « объект –
сигнал – человек» [1], [2]:
max I ( q, p* ) = min I ( q* , p ) = I ( q* , p* ) , (1)
q = var
p = var
условие 1
условие 2
где p – распределение вероятностей
случайного сигнала датчика;
q – переходное условное распределение вероятностей канала связи;
max I(q,p*) – максимум количества
информации при вариации датчика
(q = var) в допущении, что канал связи
p* выбран оптимально;
min I(q*,p) – минимум количества
информации при вариации канала
связи (p = var) в допущении, что датчик q* выбран оптимально.
Оптимальная информация I(q*, p*) в
уравнении (1) учитывает уже не толь-
ко полезную информацию, но и шумовую информацию, возникающую в видеосигнале сразу, в момент его рождения. Поэтому величина I(q*, p*) должна
при измерении оцениваться не одним
числом, а двумя, то есть результат вычисления больше, чем скаляр. Концептуальный стержень уравнения связи
(1) – принцип минимума количества
информации при заданном уровне
качества информации.
Немаловажно также отметить, что
уравнение (1) имеет ряд решений, соответствующих оптимальным системам,
но не указывает оптимального пути
для их достижения. Поэтому остается
полная свобода для изобретательства
при разработке телевизионной системы и ее первого звена – телекамеры.
Телекамеру же следует рассматривать
как кодер, преобразующий в реальном
времени не только полезную, но и шумовую информацию, порождаемую
входным фотонным шумом.
Понятие шумовой информации, введенное школой проф. Л.И. Хромова,
позднее было обобщено его учеником –
проф. А.К. Цыцулиным – на случай
смеси сигналов, выступающих в роли
помех приему доминантного сигнала –
доминантной компоненты входного
воздействия [3, с. 82; 4, с. 12]. Сформулированный им критерий минимума
информационного риска [3, с. 83], который в последующей работе [5] назван
критерием избирательности, записывается в виде:
 j

RIc =cd ∆I d + cф I  Z ,∑ X i  ,
 j =1 
(2)
где ΔId – информация о доминантной
компоненте;
cd – весовой коэффициент важности потери информации о доминантной
компоненте;
cф – весовой коэффициент важности «просачивания» в выходной код
системы Z фоновых компонент;
j


I  Z ,∑ X i 
 j =1 
– информация о со-
вокупности фоновых компонент входного воздействия, оцененная в отсутствии доминантной компоненты.
Критерий (2) предписывает конкретное, а не произвольное назначение
количественных параметров ограни-
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2009
порог, необходимо накопить достаточную энергию отсчета за время кадра Тk
на каждом элементе матрицы ПЗС.
Среднее положение между полезной
и шумовой информацией занимает
малополезная фоновая информация.
В рассматриваемой формуле фоновую
информацию отражает дисперсия фотонного шума фона σ12 = n.
Сомножитель Z2/2Тk в формуле (3)
есть не что иное, как полоса пропускаемых частот F, а выражение в квадратных скобках – энергетическое отношение сигнал/шум (Ψ 2 ). Поэтому
C* = F Ψ 2 , то есть пропускная способность телекамеры равна произведению полосы частот в герцах на энер2
2
*, p* )
σ
(
I
q
Z
гетическое отношение сигнал/шум
[log(k 2 n 2 + n) − log 22
C* =
=
Tk
2Tk
a в децибелах, зависящее от шумового
порога. По этому поводу Л.И. Хромов в
(3)
где n – число фотонов, зарегистриро- [1, с. 74] отмечает, что «проблема сжаванных ПЗС-матрицей, а n > 10, когда тия полосы частот или сокращения
распределение Пуассона для фотонов пропускной способности всегда была
приближается к гауссовскому распре- центральной в телевидении». Историческое же значение иконоскопа –
делению;
k – контраст объекта относительно электронно-лучевой трубки, – созданного русским изобретателем В.К.
фона;
Z2 – число элементов матрицы по Зворыкиным в 1933 г., «определяется
удачным способом обработки фотоплощади для квадратного растра;
нов, который дал сокращение пропусTk – время телевизионного кадра;
a – коэффициент усиления видео- кной способности до реализуемого
значения в сочетании с приемлемой
усилителя телекамеры;
σ22 – дисперсия шума выходного ус- светочувствительностью».
Полезная информация, определятройства ПЗС-матрицы.
Размерность пропускной способнос- емая в формуле (3) произведением
ти – бит в секунду. В числителе этой k2n2, создается путем группового счета
формулы под первым логарифмом фотонов на фотомишени датчика в зазаписано произведение k2n2, где k – рядовой форме, она отражает накопконтраст объекта, а n – число зарегис- ление энергии светового сигнала до
трированных фотонов, которое опре- воздействия шума и может быть определяет энергию создаваемого сигнала делена по формуле А. Роуза [6]:
изображения. Эта энергия оценивает
π D 2 2 ,(4)
полезную информацию, так как она k 2 n2 = k 2 (β E S tE
)
4f2
участвует в создании полезных для наблюдателя образов. Выражение σ22/ α2 где β – коэффициент пересчета энерпод вторым логарифмом, где σ22 – дис- гии света в число фотонов;
персия шума выходного устройства
D – диаметр входного зрачка объекПЗС-матрицы, а α – коэффициент тива;
усиления видеотракта, является энерf – фокусное расстояние объектигетическим шумовым порогом датчи- ва;
ка, который осуществляет пороговое
tE – время экспозиции (накопления)
квантование спектра сигнала изобра- фотоприемника;
жения. Шумовой сигнал определяет
S – площадь элемента;
ложную информацию, ибо она формиE – освещенность сцены.
рует ложные образы для наблюдателя.
Формула (3), учитывающая (4), илНа выход телекамеры может быть пе- люстрирует возможность реализации
редан только тот отсчет, энергия кото- в ПЗС-матрице принципа накоплерого превысит значение этого порога. ния до воздействия шума выходного
Очевидно, для того, чтобы превзойти устройства ПЗС, когда надпороговая
чений в уравнении связи (1), исходя
из статистических характеристик передаваемых зашумленных сигналов. С
учетом этого критерия можно утверждать, что цель работы телекамеры –
дать минимум количества информации при заданных ошибках принятия
решений.
Для раскрытия закономерности
между информационной реакцией телекамеры и физическим воздействием на нее объектов наблюдения Л.И.
Хромов предлагает в своей теории
формулу по вычислению пропускной
способности телекамеры C* (скорости
передачи информации):
14
часть спектра усиливается, а подпороговая тормозится. Суть эффекта
торможения заключается в том, что
накопление сигнала по времени или
по площади, или по обоим параметрам
одновременно может производиться в
самой матрице ПЗС до того, как сигнал
попал в выходное устройство и к нему
присоединился шум с дисперсией σ22.
В результате происходит сложение
сигнала без сложения шума, а шум
добавляется в выходном устройстве
ПЗС один раз на каждую сумму сигналов. В итоге четырехкратное сложение приводит к четырехкратному
возрастанию чувствительности, а не
двукратному, как в стандартном режиме работы телекамеры с внешним
накопителем видеосигнала. Этот режим эффективен благодаря тому, что
при малых сигналах шум считывания
с дисперсией σ22 значительно превосходит фотонный шум с дисперсией
σ12 = n, то есть σ22 >> σ12.
Очевидно, что при этом рост энергетической чувствительности (светочувствительности) телекамеры сопровождается обменом на другой телевизионный параметр. Увеличение
времени накопления (tE) в пределах
времени кадра (Тk) приведет к уменьшению отсчета динамической контрастно-частотной
характеристики
(ЧКХД) фотоприемника при заданной
скорости движения наблюдаемого
объекта, а увеличение площади элемента фотоприемника (S) путем электронного укрупнения его апертуры
вызовет уменьшение разрешающей
способности изображения.
Но если данный обмен параметров
был реализован на практике и до появления информационной теории связи
[7], то предложение по методу расширения динамического диапазона телекамеры при условии компромиссного
ограничения скорости движения наблюдаемых объектов [8] было подсказано этой теорией.
Напомним, что согласно методу [8]
на выходе фотоприемника вырабатывается мультиплексный видеосигнал,
смежные кадры в котором сформированы при двух различных длительностях накопления матрицы ПЗС, оптимальных соответственно для светлых
и темных фрагментов сцены, то есть:
tE1 < tE2 < Tк. Из этих составляющих
сигнала изображения в телекамере
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
методы
путем организации задержки видеосигнала на длительность одного кадра
выполняется синтез комбинированного видеосигнала. По сравнению с типовым режимом величина длительности кадрового накопления в телекамере
будет увеличена, что означает обмен
показателя динамического диапазона
на параметр временной разрешающей
способности.
Две формулы (1) и (3) отражают решение проблемы, которое сделал Л.И.
Хромов. Подтвердился один из законов жизни, выраженный в афоризме
Нильса Бора, одного из создателей
современной физики и лауреата Нобелевской премии 1922 г.: «Если человек
не понимает проблемы, он пишет много формул, а когда поймет, в чем дело,
их останется в лучшем случае две».
Следует признать, что принципиальной особенностью современного
прикладного телевидения в отличие от
многих других систем связи остается
разделение кодирования источника
на два этапа: первый этап – кодирование в телекамере, второй – в цифровом кодере источника. При этом роль
дискретно-аналогового кодирования
входного потока фотонов в телекамере значительно выше, чем роль последующего цифрового кодирования. Это
видно хотя бы из сравнения коэффициентов сжатия видеоинформации:
типичная телекамера из входного потока фотонов, оцениваемого терабайтами, вырабатывает информационный
поток, измеряемый мегабайтами, то
есть осуществляет сжатие в миллион
раз. А типичный цифровой кодер сжи-
мает видеоинформацию на один –
два порядка. Значит, только по этой
причине дискретно-аналоговое кодирование видеоинформации в твердотельных телекамерах – крупная актуальная проблема, которая корректно
может быть решена с позиций новой
статистической теории связи, учитывающей и количество, и качество информации.
В качестве заключения
Информационная
теория
связи была создана в России
в трудные девяностые годы,
когда наблюдался упадок интереса к науке и технике вообще. Не случайно, что в предисловии книги [1] ее редактор,
д.т.н., проф. М.А. Грудзинский,
дав высокую оценку новой теории связи – мировой приоритет нашей страны в этой
области, признал работу пока
невостребованной и посетовал на возможную неоднозначность читательской реакции.
Для автора же данной статьи все сложилось в лучшую
сторону. Работая длительное
время в области проектирования телекамер на матрицах
ПЗС, доверяя в собственных
изобретательских решениях
опыту и интуиции, автор теперь получил концептуальное
представление в части создания оптимального источника
видеоинформации.
По этой причине автору
стало ближе и мнение нашего
нобелевского лауреата, академика П.Л. Капицы [9], который
считал, что «гармоническое
развитие теории и практики
является абсолютно необходимым во всех областях естествознания». Здесь хочется
считать, что его тезис распространяется и на область
связи!
Выступая на Общем собрании Академии наук СССР
в 1962 г., П.Л. Капица сказал
по этому поводу следующее
[9, с. 182]: «О самом механизме связи теории и практики
мне хотелось бы напомнить
красивым сравнением, употребленным еще лордом Кельвином. Он сравнивал теорию
с жерновами, а опытные данные – с зерном, которое засыпается в эти жернова. Совершенно ясно, что одни жернова, сколько бы ни крутились,
ничего полезного дать не смогут (теория работает сама
на себя). Но качество муки определяется качеством зерна,
и гнилое зерно не может дать
питательной муки. Поэтому
доброкачественность эксперимента является необходимым условием как для построения передовой теории, так и
для получения практических
результатов».
Литература
1. Хромов Л.И. Информационная теория связи на пороге XXI века. С.-Пб.: «П и К», 1996.
2. Хромов Л.И. Информационная революция и виртуальное познание. С.-Пб.: ЗАО «ЭВС», 2000.
3. Цыцулин А.К. Телевидение и космос.- С.-Пб.: СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2003.
4. Цыцулин А.К. Причастность. С.-Пб.: «Русское философское общество», 2007.
5. Цыцулин А.К. Избирательность и теория информация/ Вопросы радиоэлектроники, серия «Техника телевидения»,
2007, вып. 1, с. 3 – 9.
6. Роуз А. Зрение человека и электронное зрение. – М.: «Мир», 1977.
7. Хромов Л.И., Лебедев Н.В., Цыцулин А.К., Куликов А.Н. Твердотельное телевидение. М.: «Радио и связь», 1986.
8. Смелков В.М. Метод двухканального преобразования «свет-сигнал» в телевизионной каме-ре, выполненной на базе
единственной ПЗС-матрицы с типовой организацией / Специаль-ная техника, 2008, № 1, с. 8 – 13.
9. Капица П.Л. Эксперимент. Теория. Практика: Статьи и выступления. – М.: «Наука», 1987.
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2009
1
ЗВЕЖИНСКИЙ Станислав Сигизмундович,
доктор технических наук, профессор,
2
ПАРФЕНЦЕВ Игорь Валерьевич,
кандидат технических наук
МАГНИТОМЕТРИЧЕСКИЕ
ФЕРРОЗОНДОВЫЕ
ГРАДИЕНТОМЕТРЫ ДЛЯ
ПОИСКА ВЗРЫВООПАСНЫХ
ПРЕДМЕТОВ
В обзоре представлены современные технические средства на основе феррозондов, реализующие пассивный
магнитометрический поиск взрывоопасных предметов по их ферромагнитным оболочкам. Обозначены основные
тенденции развития данного вида специальной техники.
In the review modern flux-gate means for realizing passive magnetic search of explosive subjects in their ferromagnetic covers are
presented. The basic development tendencies of this kind of special technique are designated.
П
ри гуманитарном или боевом разминировании, а
также поиске неразорвавшихся боеприпасов широко применяется метод пассивного магнитометрического обнаружения взрывоопасных предметов (ВОП) по
наличию у них ферромагнитных оболочек, другими словами − метод поиска магнитных аномалий (MAD − magnetic
anomaly detection). Метод по своей популярности уступает
только активным металлообнаружителям, обладая в то же
время несомненными достоинствами [1].
В данной статье представлен обзор современных средств
поиска ВОП − феррозондовых градиентометров, реализующих данный метод. Мировым лидером − производителем
данного вида специальной техники является Институт им.
доктора Ф. Ферстера (основателя компании Foerster, Германия, известного физика-метролога, одного из изобретателей феррозонда), обеспечивая наивысший (достижимый)
уровень чувствительности и чрезвычайно расширенный
пользовательский интерфейс [2]. По некоторым характеристикам к ним приближаются изделия фирм Ebinger и
Vallon (Германия), Geoscan Research и Bartington Instruments
16
1
2
(Великобритания). Однако только Foerster гарантирует устойчивую работоспособность для всех грунтов, в том числе
железистых (латериты, магматические породы), где остальные изделия работают менее устойчиво [3].
Прежде всего, отметим, что при поиске ВОП шумы, обусловленные неидеальностью баланса феррозондовых магнитометрических преобразователей, более чем на порядок
превышают собственные шумы качественного градиентометра в статическом положении [4, 5]. Поэтому различаются 3 режима поиска с различной достижимой пороговой
чувствительностью SП (на уровне индикации тревоги или
пикового шума), выражаемой в единицах магнитного поля
нТл (10-9 Тл):
♦♦ динамический (скорость поиска до 1…1,5 м/с),
SП ≥ 10…20 нТл;
♦♦ квазистатический (скорость 0,2…0,5 м/с), SП ≈ 3…5 нТл;
♦♦ статический, SП ≈ 0,2…0,3 нТл (для лучших изделий).
Динамический режим применяется для поиска ВОП «с
ходу» (например, при разминировании территории сапера-
– ОАО НПК «Дедал», ведущий научный сотрудник
– 15 ЦНИИИ им.Д.М. Карбышева Минобороны РФ, начальник отдела
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
обзор
ми), квазистатический предназначен для более тщательной
(достоверной) идентификации магнитных аномалий, статический (наиболее точный) предназначен для магнитного
картографирования участка местности с дальнейшей визуализацией и идентификацией предметов, представляющих
интерес.
Современные феррозондовые градиентометры, которые
используются для поиска ВОП, можно разделить на 3 условных класса, представленных ниже в порядке убывания
цены для потребителя:
1)военные или двойного назначения, предназначенные,
прежде всего, для поиска боеприпасов и принятые на
снабжение (вооружение) в инженерно-саперных войсках различных стран; изделия (герметичные) отличаются
повышенной устойчивостью к механическим и климатическим воздействиям, работоспособностью в широком
диапазоне рабочих температур (как правило, не хуже
−35…+60° С), способны обслуживаться малоквалифицированным оператором (например, солдатом);
2)технологические, предназначенные преимущественно
для промышленных целей − поиска металлических труб,
колодцев, кабелей, отличающиеся невысокой чувствительностью, устойчивостью к тряске и ударам, герметичностью;
3)инструментальные, предназначенные преимущественно для коммерческих целей − археологии, поиска кладов и пр., отличающиеся высокой чувствительностью и
суженным диапазоном рабочих температур (типично
−10…+50° С), требующие высокой квалификации оператора и определенной осторожности в обращении.
Полным требованиям военных стандартов НАТО на механические воздействия, климатику, пыль и солнечную радиацию (MIL-STD810E, 9 позиций; MIL-STD461D, 2 позиции)
удовлетворяет лишь градиентометр FEREX 4.032 производства Foerster, остальные изделия − в той или иной степени [3].
Чем большему числу требований военного стандарта удовлетворяет изделие, тем выше его цена в общем случае.
«Сердцем» градиентометра является чувствительный модуль (ЧМ) или измерительный блок, который представляет
собой 2 идентичных феррозонда, расположенных на расстоянии − базе а (в известных изделиях а = 0,25…1,7 м), оси
чувствительности которых совпадают. ЧМ, вращаясь относительно шарнирного подвеса, в процессе поиска под собственным весом устанавливается вертикально и измеряет
градиент вертикальной составляющей индукции магнитного поля. Оно представляет собой суперпозицию магнитного
поля Земли (МПЗ) с ничтожным градиентом и магнитного
поля от объекта поиска, который можно представить в виде
диполя с магнитным моментом М. Значимый градиент измеряемого поля отражает магнитную аномалию, свойственную ферромагнитному объекту поиска.
Градиентометры для поиска магнитных
аномалий 1970 − 90 гг.
Возникновение данного класса специальной техники
напрямую связано с прогрессом в измерительной технике в начале 70-х гг., в частности в улучшении «точечных»
феррозондовых преобразователей магнитного поля, из-
вестных с 30-х гг. [5]. Их чувствительность благодаря успехам в материаловедении и электронике стала на 2 порядка
выше, энергопотребление и массогабариты − меньше на
порядок. Улучшенная технология изготовления, настройки
и калибровки феррозондов позволила создать на их базе
«жесткие» дифференциальные конструкции с угловой погрешностью на уровне 0,01° и погрешностью коэффициента
преобразования на уровне 10-5. Это дало возможность устранить (в первом приближении) влияние постоянного МПЗ
с индукцией ~5×104 нТл на процесс регистрации магнитных
аномалий и создать переносные приборы. При этом стало
возможным обнаружение ВОП по их ферромагнитным
оболочкам, размещенным в толщине грунта на глубинах до
5…8 м.
Градиентометр FEREX 4.021L − широко применяемый концептуальный прибор разработки и производства Foerster − принят на вооружение стран НАТО в конце
70-х гг. под аббревиатурой МК-26 [6, 7]. В начале 90-х гг.
он появился в продаже и коммерческом использовании
(поиск кладов, старого оружия и пр.). Этот прибор являлся для того времени и вплоть до середины 90-х гг. наиболее
совершенным изделием в мире. Его конструкция, ставшая
базовой для последующих аналогов других фирм и вообще
приборов этого класса, предусматривала 4 основные части
(фото 1):
1)трубчатый алюминиевый конструктив, к нему крепились
остальные части;
2)блок электронный (БЭ) со стрелочным указателем величины градиента поля, переключателями режима и чувствительности, кнопками управления;
3) ЧМ − труба из алюминия (диаметром 50 мм и длиной около 600 мм) с размещенными внутри идентичными феррозондами (соосность не хуже 0,01°), разнесенными на
расстояние (базу) а = 40 cм; ЧМ подключался к БЭ с помощью кабеля связи, механически вращаясь вдоль оси и
под собственным весом всегда занимая вертикальное положение;
4)модуль питания (МП) в виде двойной трубки под разный
диаметр питающих элементов: MnZn-батареи D-типа
(А373), Li-батареи или NiCd-аккумуляторов.
Максимальный габаритный размер изделия 148 см по
горизонтали, по вертикали – 78 см, масса в снаряженном
состоянии – 6,2 кг. ЧМ был выполнен по классу защиты
IP68 и допускал погружение в воду на глубину до 100 м, БЭ
с классом защиты IP65 имел переключатель чувствительности на 8 диапазонов: 0…3 нТл – первый, наиболее чувствительный, 0…10 000 нТл – последний, наиболее грубый.
Разрешающая способность (пороговая чувствительность)
~0,3 нТл соответствует одному делению первого диапазона измерений [2, 7]. Типично 6 батарей D-типа емкостью
~14 А×ч обеспечивали питание 9 В и работоспособность
в температурном диапазоне −32…+55° С; литиевые батареи удовлетворяли требованиям НАТО по температуре:
−55…+80° С. Изделие сохраняло работоспособность при напряжении питания 6…12 В, потребление составляло ~50 мА
(6 В). В изделии имелись 4 режима работы:
1)дифференциальный статический обычный – поиск и локализация всех ферромагнитных предметов (ФМП) при
максимальной чувствительности;
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2009
18
Фото 1. FEREX 4.021L (а) и блок электронный с Datalogger (б)
Фото 2. Градиентометр OGF-L: модификации 83015 (а)
и 83017 (б)
2)дифференциальный статический селективный – обнаружение только больших ФМП и подавление влияния
малых, так называемый пространственный фильтр.
3) дифференциальный динамический (в движении) – подавление постоянного поля (уменьшение шума);
4)абсолютный статический – включался только нижний
феррозонд; применялся для составления карты магнитных аномалий как компас, регистрируя любую компоненту МПЗ вдоль любой координаты.
Глубина поиска ВОП составляла [4, 7, 8]:
♦♦ ручная граната типа Ф1 – 0,5…0,6 м;
♦♦ противопехотная мина – 1…1,2 м;
♦♦ осколочная противотанковая мина (масса 4,6 кг, диаметр
0,3 м) – 1,5 м;
♦♦ артиллерийский снаряд 76 мм – 2 м; снаряд 88 мм – 3 м;
♦♦ 100 мм минометная мина – 4 м;
♦♦ авиабомба 250 кг – 3,5…4,5 м; авиабомба 500 кг – 4…6 м.
Типовой поиск ВОП осуществляется на местности по
параллельным условным линиям, отстоящим друг от друга
на расстояние 1 м. Места, где раздавались сигналы громкоговорителя (настроенного на порог 20% от шкалы выбранного диапазона измерений), метились флажками. Для
применения в скважине и под водой (на глубинах до 100 м)
выпускались 2 модификации: FEREX 4.021K – для наземного, подземного (скважина) и подводного мониторинга,
FEREX 4.021W – для подземного и подводного применения.
ЧМ на специальном кабеле длиной 30 м мог опускаться в
отверстие скважины или под воду. На БЭ (фото 1) имелся:
переключатель режимов работы (1 – 4); стрелочный индикатор с нулем посередине; встроенный динамик; кнопки:
«Тест», «Громкость больше/меньше», «Автокомпенсация
нуля», переключатель чувствительности (он же «ВКЛ»);
разъем для подключения наушников; разъем интерфейса
RS-232.
В начале 90-х гг. для FEREX 4.021 был разработан дополнительный блок – Datalogger (DLG), предназначенный
для запоминания результатов измерений – магнитуд и
их визуализации на ЖК-дисплее (рабочая температура
−20…+60° С). Блок массой 0,5 кг подключался к БЭ посредством RS-232 (фото 1), он позволял привязывать результаты
измерений к координатам с помощью GPS-позиционирования с дальнейшим построением магнитной карты местности. Емкость RAM составляла 16 мB, каждое измерение занимало 18 бит. Максимальная скорость записи – 20 изм./с,
что обеспечивало пространственное разрешение не менее
0,1 м при скорости передвижения по маршруту до 2 м/с.
После записи данные по интерфейсу RS-232 (или RS-485)
перекачивались с DLG на ноутбук со специализированным программным обеспечением (ПО) FEREX DATALINE
(Windows). На экране компьютера отображалась цветная
карта магнитных аномалий («плюс» – красный, «минус» –
синий, «нейтральный» – желтый), вычислялись максимальное и минимальное значения аномалии у полюсов объекта,
производилась оценка дипольного магнитного момента М,
его направления и глубины залегания. С направлением связывался максимальный линейный размер, с величиной –
масса ферромагнитного материала и предполагаемый тип
ВОП. К одному блоку DLG можно было подключать 3 или 4
ЧМ для увеличения скорости поиска, расширяя зону чувствительности (ЗЧ) с типовых 0,5…1 м до 2…3,5 м.
Изделие FEREX 4.021 было настолько удачным по конструкции и реализации высокой чувствительности на уровне
около 1 нТл/м, что определило мировой стандарт для последующих модификаций изделий Foerster и других фирм.
Градиентометр OGF-L (фото 2) и его различные модификации разработки начала 80-х гг. (ГДР) стоял на вооружении Вооруженных сил СССР в 80 – 90-х гг. Созданный
как аналог FE­REX 4.021, прибор имел существенно худшие
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
обзор
основные ТТХ. Пороговая чувствительность была на порядок хуже SП ~ 12 нТл [9], несмотря на увеличенную базу
а = 47 см, что приводило, однако, не к фатальному уменьшению предельной глубины поиска в 101/4 ≈ 1,8 раза. Масса
прибора – 9 кг, питание – 8 щелочных батарей по 1,5 В, ток
потребления – 180 мА (время работы было поэтому меньше). Прибор не позволял осуществлять цифровую регистрацию результатов измерений, выполняя функцию только
индикатора относительных магнитных аномалий (стрелка
прибора, звук в наушниках). Цена изделия была в ~3 раза
меньше, чем у FEREX 4.021.
Градиентометр OGF-L при тестах позволял устойчиво обнаруживать металлическую сферу радиусом 7,5 см и
массой 13 кг на глубине 1,2 м, массой 0,38 кг – на глубине 0,6 м [9]. Сигнал выводился на стрелочный индикатор,
отклонение которого на 30% вызывало звук в наушниках.
К достоинствам градиентометра относилось обеспечение
необходимой по военному ГОСТу стойкости к климатическим и механическим воздействиям. Калибровка и настройка изделия были весьма сложными, осуществлялись механическим путем. БЭ, в отличие от FEREX 4.021, был жестко
связан с ЧМ, вращаясь вместе с ним вокруг шарнира, автоматически занимая вертикальное положение под собственным весом при поиске. Глубина поиска ВОП составляла:
♦♦ ручная граната, противопехотная мина – до 0,5 м;
♦♦ артиллерийский снаряд, мина до 80 мм – 1 м;
♦♦ артиллерийский снаряд, мина до 120 мм – 2 м;
♦♦ снаряды, авиабомбы 120 кг – до 3 м.
Фирма Plessey Radar в середине 70-х гг. разработала
градиентометр Р10, который по чувствительности значительно уступал FEREX 4.021 [10]. Длина ЧМ в виде трубы
диаметром 70 мм составляла 1,2 м. Масса прибора – 5 кг,
время непрерывной работы от перезаряжаемых аккумуляторов – около 8 ч. Полоса регистрируемых частот 0…3 Гц,
полная шкала отклонения стрелки (чувствительность)
±3750 нТл. При этом собственный шум оценивался на
уровне 50 нТл, что приводило к уменьшению глубины обнаружения в ~3 раза по сравнению с FEREX 4.021. В приборе
имелся переключатель чувствительности, изменение поля,
превышающего порог (~30% шкалы), активизировало звук
в наушниках.
Современные градиентометры двойного
назначения для поиска ВОП
Компания Foerster во второй половине 90-х гг. осуществила разработку своего нового изделия FEREX 4.032,
в аббревиатуре НАТО МК-26 Mod.1 [2 – 4, 8]. В 2002 г.
осуществлена последняя модификация FEREX 4.032, призванная повысить удобство эксплуатации. По сравнению с
FEREX 4.021 обеспечены:
♦♦ меньшая масса;
♦♦ более высокая чувствительность за счет большей базы
ЧМ;
♦♦ меньшее энергопотребление и большее время непрерывной работы;
♦♦ встроенное устройство записи данных и возможность
работы с несколькими (3 или 4) ЧМ одновременно (вариант DLG);
♦♦ регистрация близкорасположенных подземных силовых
кабелей (50 и 60 Гц) на уровне 1 мкТл;
♦♦ большие точность, скорость измерений (до 25 изм./с) и
емкость памяти;
♦♦ интерфейс RS-232, RS-485 (DLG);
♦♦ более удобный графический интерфейс.
Изделие полностью удовлетворяет требованиям по климатике (БЭ – по классу IP65), механической прочности и
электромагнитной совместимости в соответствии со стандартами НАТО. Типовая скорость поиска ВОП составляет
0,5…1 м/с, направление движения оператора – с севера на
Фото 3. Градиентометры: а – FEREX 4.032 API; б – FEREX 4.032 LCD; в – FEREX 4.032 DLG
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2009
Фото 4. Градиентометры: а – FEREX 4.032 DLG GPS (сверху ЧМ – антенна GPS); б – FEREX 4.032 DLG (3 ЧМ);
в – FEREX 4.032 DLG GPS (3 ЧМ)
юг. В изделии могут использоваться 2 вида ЧМ, выполненных по классу защиты IP68:
1)Рrobe CON 650 с базой а = 65 см (масса 0,55 кг) –
стандарт;
2)Рrobe CON 1600 с базой а = 160 см (масса 1,0 кг, используется только с DLG) – сверхчувствительный вариант.
Чувствительные модули сконструированы так, что не
требуют никакой механической подстройки в течение
всего срока службы. Это обеспечивается специальной запатентованной системой центрирования МП на основе натянутой струны [2]. Специальная модификация предусматривает соединительный кабель-трос длиной до 100 м, чтобы
использовать ЧМ под водой и в скважине.
Линейка изделий, отличающихся функциональными возможностями (при неизменности чувствительности и массогабаритов) насчитывает 4 модели:
♦♦ FEREX 4.032 API – аналоговый регистратор магнитных
аномалий с выводом информации на стрелочный индикатор и наушники (фото 3а);
♦♦ FEREX 4.032 LCD – аналоговый регистратор с выводом
информации на ЖК-дисплей и наушники, в настоящее
время практически не используется (фото 3б);
♦♦ FEREX 4.032 DLG – цифровой регистратор с запоминанием результатов измерений и выводом их на ЖК-дисплей и наушники, имеет возможность подключения до 4
ЧМ (фото 3в);
♦♦ FEREX 4.032 DLG GPS Cartography – цифровой регистратор с возможностью GPS и лазерной привязки результатов измерений (фото 4а).
В «многомодульном» режиме к БЭ может подключаться
3 или 4 ЧМ, параллельно расположенных на расстоянии
25 или 50 см друг от друга, – меньшее расстояние используется для большей точности карты магнитных аномалий
(фото 4б). При этом ЗЧ расширяется соответственно до
1,5 и 2 м, способствуя более быстрому темпу поиска. Масса
20
снаряженного FEREX 4.032 DLG с держателем 3-х ЧМ составляет 8,9 кг, с держателем 4-х ЧМ – 9,9 кг.
На фото 5 показаны варианты применения изделия с
4 ЧМ, в том числе на колесной базе. Штатное батарейное питание позволяет обеспечить работоспособность
FEREX 4.032 для различных конфигураций в течение не более: LCD – 80 ч; DLG (1 ЧМ) – 36 ч; DLG (3 ЧМ) – 18 ч; DLG
(4 ЧМ) – 14 ч. Технические характеристики FEREX 4.032
представлены в табл. 1.
В изделии FEREX 4.032 обеспечиваются:
♦♦ 8 линейных диапазонов чувствительности и один логарифмический (0…10 000 нТл);
♦♦ смещение нуля – не более 1 нТл, температурный дрейф
– не более 1 нТл/град;
♦♦ диапазон регистрируемых частот 0…240 Гц, частота выборки – до 20 Гц;
♦♦ питание – 4 × LR20 (тип D, емкость ~14 А×ч);
♦♦ 6 × NiMH-аккумулятора 1,24 В;
♦♦ максимальный габарит (длина) – 140 см;
БЭ API позволяет:
♦♦ включать/выключать питание, переключать чувствительность;
♦♦ выбирать 6 режимов обработки данных, а также фильтр
для селекции малый/большой ФМП;
♦♦ визуализировать величину аномалии с помощью стрелочного индикатора;
♦♦ управлять кнопкой компенсации «Comp» для устранения смещения нуля ЧМ при переходе на другие диапазоны чувствительности (вследствие влияния окружающего
магнитного поля и железистых грунтов);
♦♦ переключать громкость головных телефонов, которые
срабатывают, когда регистрируемый сигнал превышает
20% от выбранной шкалы;
♦♦ показывать наличие близкого силового подземного силового кабеля;
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
обзор
♦♦ контролировать разряд батареи питания.
БЭ LCD позволяет дополнительно визуализировать магнитуду и показывать ее величину в нТл. Оба эти варианта
имеют аналоговый выход (разъем на БЭ заглушен).
В DLG-версии оператор работает с помощью понятного
меню посредством кнопок и курсора. На ЖК-дисплее отражаются результаты измерений, координаты, тексты подсказок и комментария, ошибки и предупреждения и т.д.
Емкость RAM-памяти – 20 Мб. Данные (точки измерения)
могут экспортироваться в компьютер (ноутбук) в формате
csv, xyz, txt, fdl, bmp, объем данных – 24 бита. Компьютер с
помощью ПО DATALINE 4800 позволяет:
♦♦ воспроизводить цветокодированную карту магнитных
аномалий и привязывать ее к цифровой карте местности (в варианте GPS);
♦♦ импортировать и налагать любые графики в форматах
bmp, jpg, emf, wmf;
♦♦ пространственно обрабатывать (фильтровать) результаты измерений, например, не учитывая мелкие ФМП
вблизи поверхности грунта (FILTER);
♦♦ обнаруживать диполи (возможные ВОП) и формировать
их списки;
♦♦ определять местоположение, форму, глубину залегания
и ориентацию возможного ВОП.
Наилучшие результаты по времени поиска и точности
карты магнитных аномалий получаются, если используется
FEREX 4.032 DLG в комплектации с 3 или 4 ЧМ. Карта может
представляться в различных форматах (рис. 1).
На боковых полях экрана выводится дополнительная информация о МПЗ в этом месте (склонение, наклонение),
географических координатах, максимальном и минимальном сигналах относительно фона и др.; могут быть построены 3D-модели поля, сигнатуры вдоль прохода, гистограммы
(рис. 2).
Обнаружительная способность FEREX 4.032 со стандартным ЧМ Probe CON 650 немного лучше (до 10%), чем у
FEREX 4.021 за счет большей базы ЧМ (табл. 1). Со сверхчувствительным ЧМ Probe CON 1600 глубина обнаружения
авиабомб массой 500 кг достигает 10 м [2, 11]. Весьма важно,
что характеристики изделия не ухудшаются в железистых
почвах.
В настоящее время FEREX 4.032 продается в 40 странах,
включая Россию, применяется в основном для геофизических исследований, поиска ФМП (трубопроводы, кабели,
фундаменты), кладов. Обучение осуществляется в представительствах (в России – [12]). Стоимость FEREX 4.032 API
(c ЧМ Probe CON 650) в США составляет 13,5…15 тыс. долл.,
стоимость FEREX 4.032 DLG − на 10…15% больше [2, 3, 13].
На базе двух FEREX 4.032 DLG GPS в комплекте с 4 ЧМ
типа Probe CON 650 разработана уникальная измерительная
платформа барабанного типа – FOERSTER MULTICAT 4.850
(фото 6). Платформа, буксируемая легковым автотранспортом, предназначена для обнаружения, локализации,
идентификации и картографирования ФМП, ВОП на больших территориях. Двухколесный трейлер массой 130 кг
сделан полностью из неферромагнитного материала с
шириной дорожки 2 или 4 м. ЧМ (общее количество 4, 8,
16) устанавливаются с промежутком 25 или 50 см, обеспечивая зону обнаружения (ЗО) шириной не менее 2,5 м.
Фото 5. Градиентометр FEREX 4.032 DLG (4 ЧМ)
При проезде специальная полиуретановая пена, выливаясь
на поверхность, маркирует ЗО (через 2 м), движение по
следующему маршруту происходит рядом. Изделие позволяет существенно ускорить процесс поиска на скоростях до
2,5 м/с, для него используется ПО DATAMONITOR (фото 6,
справа) [2, 11].
В целом продукция Института им. Ф. Ферстера отвечает
самым высоким современным требованиям, являясь мировым эталоном. Однако и стоимость изделий наивысшая для
данного класса специальной техники.
Рис. 1. Карта магнитных аномалий на экране компьютера
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2009
Рис. 2. Формы представления результатов DATALINE 4800: слева обнаруженный ВОП – диполь (в кружке)
Фирма Ebinger (Кельн, Германия) [14] в середине
90-х гг. разработала магнитометрический градиентометр
MAGNEX 120 LW, который представляет собой классический образец ручного изделия, по конструкции аналогичного FEREX 4.021 (фото 7). По утверждению производителя
до 2006 г. включительно выпущено более 1200 изделий.
Оно позволяет осуществлять поиск и оценку ВОП (глубину залегания, размеры) на основе анализа амплитуды и полярности сигналов, их пространственного распределения.
Ebinger − небольшая фирма, находящаяся под покровительством компании Foerster, которая продает некоторые изделия под своим брэндом (например, металлообнаружители
METEX 4.100, 4.115), ей же принадлежат и все права по экспорту Ebinger.
Основные ТТХ изделия MAGNEX 120 LW приведены в
табл. 1. К изделию может подключаться до трех ЧМ с измерительной базой а = 43 см (цилиндр длиной массой
1,5 кг). Имеется 6 диапазонов чувствительности, разрешающая способность приблизительно в 2,5 раза хуже, чем у
Фото 6. FOERSTER MULTICAT 4.850 на автомобильной тяге
22
FEREX 4.032. Магнитная аномалия регистрируется как по
показанию стрелки, так и по звуку в наушниках. Изделие
комплектуется дополнительным цифровым модулем DLM,
который производит оцифровку и запоминание данных измерений с одного или трех ЧМ. Специализированное ПО
«Magneto», разработанное компанией SENSYS [14], позволяет визуализировать карту магнитных аномалий.
Для обнаружения магнитных аномалий в скважинах применяется специальная модификация ЧМ с соединительным
кабелем длиной 25 м. По сравнению с FEREX 4.032, градиентометр MAGNEX 120 LW отличается существенно меньшей
ценой − в Европе она составляет ~5000 долл. [3, 14]. Однако
изделие ограниченно работоспособно в железистых грунтах, оно удовлетворяет требованиям НАТО по климатике и
механическим воздействиям не в полном объеме, но тем не
менее принято на вооружение Бундесвера. На фото 8 показан внешний вид изделия MAGNEX 120 LW (а) и трехканальный вариант (двухколесная конструкция) на основе
цифрового блока DLM (б); три ЧМ находятся на расстоянии
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
обзор
Фото 7. Поиск ФМП с помощью градиентометра MAGNEX 120 LW
Фото 8. Внешний вид градиентометра MAGNEX 120 LW (а) и трехканальный (двухколес-ный)
вариант измерительной системы на основе блока DLM (б)
50 см друг от друга. Ebinger в 2003 – 2004 гг. осуществила
модернизацию своего изделия, выпустив новые улучшенные модификации – MAGNEX 1600 и MAGNEX 125, однако
технические характеристики в открытой печати не раскрываются.
Компания Vallon (Eningen, Германия) уже более 40 лет
специализируется в области производства средств поиска
ВОП, геологических и археологических поисковых приборов [15]. Градиентометр Vallon EL 1302 (модификации A1,
D2) по конструкции изделие незначительно отличается от
FEREX 4.032 и предназначен, прежде всего, для ручного поиска ВОП, удовлетворяя большинству требований военных
стандартов НАТО по климатике и электромагнитной совместимости [3, 16].
Его основные характеристики приведены в табл. 1, обнаружение ВОП (значимой аномалии МПЗ) сопровождается появлением звука в наушниках оператора. Для питания
могут использоваться батареи С-типа, аккумуляторы NiMH
или внешняя батарея 9…12 В. Имеется 7 переключаемых
диапазонов чувствительности: 0…±2 нТл,…, 0…±2000 нТл;
декадный переключатель (х1 или х10) обеспечивает грубый
диапазон 0…±20 000 нТл. Разрешающая способность соответствует FEREX 4.032, однако меньшая база ЧМ определя-
ет несколько меньшую (10…30%) обнаружительную способность. Поиск ВОП осуществляется со скоростью не более
1 м/с, при этом за 1 с снимается 20…40 точек магнитуды (соответственно через 5…2,5 см пути) по 22 бита. Типовое расстояние между параллельными линиями поиска ВОП, в отличие от FEREX, меньше и составляет 33 или 50 см. Изделие
не требует никаких регулировок при включении питания –
последовательным нажатием клавиш «Компенсация» и
«Тест» инициируется автокалибровка прибора (занимает
до 10 с), после чего изделие готово к работе.
Изделие Vallon EL 1302 А1 является классическим аналоговым регистратором магнитных аномалий (стрелочный
прибор, наушники), звуковой сигнал тревоги генерируется, если регистрируется аномалия заданной величины и определенной полярности. Vallon EL 1302 D2 (по конструкции
идентичный) является цифровым регистратором, сохранив
функцию и аналогового. На БЭ находятся:
♦♦ стрелочный индикатор с «0» в середине шкалы;
♦♦ переключатель чувствительности на 7 линейных диапазонов;
♦♦ встроенный динамик;
♦♦ разъем для подключения головных телефонов;
♦♦ кнопки «Тест» и «Компенсация»;
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2009
Фото 9. Системы позиционирования на основе: а − SEPOS (EL 1302 D2 + VFC1);б − GPS
♦♦
♦♦
♦♦
♦♦
входной разъем для системы позиционирования SEPOS;
выходной разъем для аналоговых и цифровых данных;
разъем для внешнего питания;
переключатель режимов (умножитель линейного диапазона измерений 1/10).
Также имеются:
♦♦ логарифмический диапазон;
♦♦ проверка заряда батареи под нагрузкой;
♦♦ выбор интерфейса передачи данных.
Обе модификации обеспечивают аналоговый выход
(0…±6 В), к которому может подключаться специализированный полевой миникомпьютер VFC1.
Vallon EL 1302 D2 предназначен для работы по интерфейсу RS-232 (другой интерфейс − Bluetooth) с одним из
трех инструментов Vallon, которые запоминают результаты измерений в цифровом виде с помощью:
1)накопителя Memobox MB4;
2) полевого миникомпьютера VFC1;
3) полевого миникомпьютера VFC2.
MB4 осуществляет запись измерений до 26 км трассы:
при расстоянии между точками измерений 2,5 см − 106 измерений при траверсе 0,33 м, охватывая около 2,5 га площади мониторинга. Блок связывается с системами позиционирования (GPS, SEPOS разработки Vallon) в целях привязки
измерений к географическим координатам. VFC1 имеет
черно-белый ЖК-дисплей 10×8 см, позволяя наблюдать в
реальном времени сигнатуру аномалии.
К VFC1 могут быть подключены либо один, либо четыре ЧМ (дополнительно с устройством SEPOS/GPS). Емкости внутренней памяти достаточно для записи измерений
со 175 км трассы. Диапазон рабочих температур VFC1 ограничивается применяемым ЖК-дисплеем и составляет
−5…+50° С, масса − 1,4 кг. VFC2 имеет цветной монитор, отличаясь от VFC1 большим пользовательским интерфейсом
и оперативной памятью 1 Гб (охват ~100 га площади поиска).
24
Специализированное ПО EVA2000 (в усеченном варианте)
позволяет с помощью VFC2 непосредственно определять
местонахождение и глубину залегания ВОП. Данные могут
обрабатываться непосредственно с одного ЧМ; с помощью
блока VCU2 − с четырех ЧМ; с помощью блока VCU2-8 − с
восьми ЧМ. VFC2 обеспечивает навигацию в реальном времени, визуализацию магнитуды вдоль маршрута, текстовый
режим, режим подсказок. Емкости батареи хватает на 10 ч
работы с RS-232 и 7 ч работы для Bluetooth.
Данные с MB4/ VFC1/ VFC2 транслируются на стандартный ноутбук, на котором установлено ПО Vallon EVA2000.
При этом обеспечивается визуализация карты магнитных
аномалий, определение местоположения, глубины залегания и величины магнитных диполей − предметов поиска.
Функция пространственной фильтрации облегчает оценку ВОП. Программа может одновременно обрабатывать
данные с 16 ЧМ. На карту может быть наложена реальная
географическая карта, полученная, например, с помощью
GOOGLE Map, координатная и географическая сетка.
EVA2000 совместима с программой AutoCAD.
Чтобы осуществлять точную привязку измерительных
координат, используется уникальная навигационная система точного позиционирования Vallon SEPOS (фото 9а),
либо GPS (фото 9б). Без системы позиционирования данные должны быть привязаны к бумажной карте, что делает
их менее точными.
Система наиболее точного позиционирования SEPOS состоит из маркеров, встроенных через 1 м в специальный
трос длиной 100 м (фото 9а), и SEPOS-датчика, устанавливаемого внизу ЧМ, подключаемого к MB4/ VFC1/ VFC2.
При проходе над маркером происходит пространственная
коррекция результатов на этом отрезке, запись начинается
на первом маркере и заканчивается на последнем.
Градиентометр Vallon VET2, аналогичный Vallon
EL 1302 D, имеет ЧМ с базой а = 170 см (диаметр 35 мм), что
обеспечивает наивысшую обнаружительную способность
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
обзор
Фото 11. Измерительная система
VXV4 на двухколесной базе
Фото 10. Градиентометры VET2(а) и VXC-1 (б)
(фото 10а). Запитывается прибор либо от литиевого аккумулятора (12 В, 9,2 А×ч), обеспечивая 40 ч непрерывной
работы, либо вообще от любого внешнего источника напряжением 9…12 В. Масса ЧМ − 1,8 кг, БЭ − 1,1 кг, аккумуляторного отсека − 3,3 кг, конструктива − 1,2 кг). VET2 удовлетворяет большинству (но не всем) требований военного
стандарта MIL STD-810E. Выходными сигналами прибора
являются: аналоговый порт (0…±6 В), цифровой порт RS232, головные телефоны (звуковой сигнал при достижении порога и определенной полярности выходного сигнала). Обнаружительная способность VET2 достигает 8 м для
крупных ВОП (авиабомбы).
Компания Vallon разработала небольшой простой аналоговый градиентометр VXC-1 (фото 10б), предназначенный
для обнаружения ВОП в режиме поиска (табл. 1). Изделие применяется и для гуманитарного разминирования
местности, в том числе на неглубоких (до 1 м) водоемах
[15]. Прибор имеет низкое энергопотребление, работает
от двух батареек типа D, но может запитываться и от двух
аккумуляторов NiMH. VXC-1 удовлетворяет большинству
требований стандарта MIL STD 810, выполнен по классу
защиты IP65 (ЧМ − по классу IP67). ЧМ может вращаться
вокруг шарнирной оси, занимая как вертикальное, так и
горизонтальное положение, телескопически выдвигаться
(на ~30 см) для подстройки под рост оператора, в процессе
работы никаких его регулировок не требуется. Инициализация прибора производится путем выбора режима «Test»
в начале измерений, калибровка осуществляется по ходу
поиска путем периодического нажатия на кнопку «Comp»,
расположенную на ручке управления (она же ручка для
переноса). Звуковой сигнал тревоги генерируется автоматически в зависимости от величины аномалии и полярности, интенсивность звука в наушниках регулируется, имеется 3 диапазона чувствительности. Визуальный контроль
осуществляется по линейному светодиодному индикатору
(10 шт. в шкале) на конце ручки управления. Положение
Фото 12. Градиентометр GA-72Cd
включившегося индикатора отображает относительную
величину сигнала аномалии.
Четырехканальная
измерительная
система
VXV4
(фото 11) предназначена для увеличения темпа поиска
ВОП на больших территориях, построена на основе четырех ЧМ EL 1302. Данные с ЧМ в формате RS-485 поступают
в блок VCU1, где они «замешиваются» с данными системы
позиционирования, и далее передаются на миникомпьютер
VFC2. Может использоваться также система позиционирования DGPS или более точная система SEPOS с расстоянием
между маркерами в 2 м. Запитывается система от перезаряжаемой батареи 12 В (9,2 А×ч). Расстояние между ЧМ
составляет 0,33 м, общая ширина зоны чувствительности −
1,5 м. Все части системы сделаны из немагнитного материала, диаметр фиберглассовых колес – 80 см. Имеется и
аналогичная 8-канальная система VXV8, ширина зоны чувствительности − не менее 2,5 м. Обработка данных на ноутбуке осуществляется с помощью ПО Vallon EVA 2000.2.Х.
На дисплее VFC2 воспроизводятся 4 магнитуды в реальном
времени, величины аномалий в нТл, а также упрощенная
карта магнитных аномалий. Емкости памяти оказывается
достаточно для мониторинга 5 га площади [16].
Изделие VMV8 − восьмиканальная комбинированная система обнаружения ВОП, основанная на 2 принципах работы −
активном вихретоковом и пассивном магнитометрическом (линейка феррозондов). Такая система располагается
впереди автомобиля, регистрирует данные непосредственно на ноутбуке, воспроизводит их в реальном времени на
экране монитора с помощью ПО EVA 2000.2.Х, данные позиционируются с помощью системы DGPS. Система VMV8
позволяет существенно ускорить темп и качество поиска,
обеспечив ширину зоны чувствительности 2,5 м. 16-канальная система VMV16 обеспечивает зону чувствительности
шириной 4 м [14, 15].
Системы градиентометрического типа фирма Vallon
производит с 1977 г., активного типа − c 1992 г. Комбини-
25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2009
рование пассивного и активного принципов обнаружения
позволяет добиться большей вероятности правильной
идентификации обнаруженных предметов (на глубинах
до 2 м); такие системы (несколько модификаций) фирма
производит с 1999 г. Один из известных вариантов системы включает 4 градиентометрических ЧМ и 8 активных
металлодетекторов, причем половина из них размещена
на другой высоте от поверхности грунта. Все физические
преобразователи подключаются к центральному блоку,
который связан с ноутбуком (ПО EVA2000 2.X) по интерфейсу RS-232.
Цены Vallon держатся на достаточно высоком уровне, но
ниже Foerster на 10…20%; например, стоимость EL 1302А1
составляет около 9800 долл., EL 1302D2 – 11 100 долл. (в Европе). Трехканальная градиентометрическая система VEV-3
для автомобиля (прототип VMV8) стоит около 24 000 долл.
Стоимость специализированного ПО EVA 2000 составляет
4420 долл. [13].
Компания Schontedt Instrument (США) уже более 30
лет разрабатывает и производит поисковые градиентометрические приборы, которые отличаются, прежде всего, упрощенной конструкцией, невысокой чувствительностью и
весьма низкой стоимостью − в 4…5 раз меньше, чем даже
наиболее дешевый европейский градиентометр компании
Ebinger. Конструкция изделий позволяет использовать их
в одной руке (one hand exploration). В принципе за весьма
ограниченные возможности их можно было бы отнести к
коммерческим образцам, однако, по крайней мере, одно
изделие GA-72Cd (табл. 1) стоит на вооружении НАТО и
используется при проведении поиска ВОП «с ходу», другие
изделия используются для целей гуманитарного разминирования [17].
Магнитный градиентометр GA-72Cd (фото 12) выполнен в едином конструктиве (БЭ и ЧМ соединяются между
собой с помощью 4 болтов), разработан в начале 90-х гг.
Чувствительный модуль HeliFlux (запатентованная марка)
выполнен по классу защиты IP67. Четырехсегментный индикатор ЖК-дисплея показывает заряд батареи (1 − 10%;
10 − 20%; 20 − 25%; 25 − 100%), питание обеспечивают 2 перезаряжаемые литиевые батареи 9 В, вставляемые внутрь
БЭ. Преимущество литиевых батарей перед щелочными
заключается не только в большей удельной емкости, но и
в отсутствии ферромагнитных частей, которые могут исказить работу прибора.
Значимые аномалии магнитного поля регистрируются
посредством:
♦♦ аудиосигнала, издаваемого пьезокерамическим излучателем при превышении порога;
♦♦ ЖК-дисплея.
Подача аудиосигнала в ответ на увеличение/ уменьшение магнитной аномалии может идти в двух форматах (переключатель − под корпусом БЭ):
1)увеличение/ уменьшение громкости звука относительно
среднего фона;
2)изменение частоты звука.
На ЖК-дисплее показывается величина (и полярность)
разностного сигнала индукции магнитного поля, выраженной в сотнях нТл, на показание отводится 3 цифры.
Чувствительность градиентометра GA-72Cd регулирует-
26
ся переключателем на 4 диапазона по принципу: низкая,
средняя, высокая, очень высокая. Обнаружительная способность прибора характеризуется максимальной глубиной поиска, показанной в табл. 1. В изделии есть разъем, через который результаты измерений в аналоговом
формате могут подаваться для дальнейшей обработки.
Стоимость изделия GA-72Cd в США от производителя составляет чуть более 1000 долл. [17]. Его отличает высокая
эксплуатационная надежность, поэтому фирма предоставляет 5-летнюю гарантию. В ферронасыщенных грунтах изделие малоэффективно, здесь его использовать не
рекомендуется.
НИИ «Проект» (г. Томск) в начале 2000-х гг. разработал магнитометрический градиентометр МБИ-П (индекс БИВР.411172.001), который по сути представляет
собой отечественный аналог изделия FEREX 4.021 [18].
МБИ-П предназначен для поиска ВОП в металлических
(ферромагнитных) корпусах, находящихся в грунте,
воде или под снегом. Изделие регистрирует градиент
магнитной индукции, который преобразуется в электрические сигналы, удобные для индикации с помощью
стрелочного измерительного индикатора и головных
телефонов. Обнаруживая значимое изменение градиента индукции, определяется место максимальной аномалии, которое отмечается (например, флажком). Ширина ЗО составляет 1,5 м (по отношению к авиабомбе
ФАБ-500).
Основными частями МБИ-П являются [18]:
1)блок обработки сигналов (БОС);
2)измерительный блок (ИБ), включающий 2 датчика − феррозонда на базе а = 50 см;
3) несущий конструктив − штанга;
4)кассета источников тока;
5) головные телефоны.
6) Основные тактико-технические характеристики МБИ-П
представлены в табл. 1.
Запитывается изделие от 8 элементов типа А343 или А373,
а также от одной секции 10РЦ83, оно удовлетворяет требованиям российских ГОСТов по климатике (−50…+50° С) и
механическим воздействиям. Имеется 4 переключаемых
диапазона, позволяющих изменять пределы чувствительности в соотношении 1:2:10:20 (1-й диапазон − самый грубый). Стрелочный измерительный прибор − микроамперметр − имеет шкалу −50…0…+50 мкА, в зависимости от величины регистрируемого градиента частота сигнала, поступающего на головные телефоны, изменяется от десятков Гц до
единиц кГц. Время подготовки к работе после включения –
3 мин.
К основным недостаткам МБИ-П можно отнести:
♦♦ отсутствие абсолютной шкалы измерений − изделие является всего лишь индикатором относительной интенсивности градиента магнитного поля, связанного с потенциальным ВОП, без привязки к абсолютным значениям
индукции;
♦♦ относительно большие массогабариты;
♦♦ отсутствие цифрового и аналогового выхода для сохранения данных;
♦♦ относительность результатов измерений (больше/
меньше);
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
обзор
♦♦ сложная процедура механической подстройки ИБ
вследствие его недостаточно высокой технологичности
изготовления.
Вследствие последнего в процессе поиска необходима постоянная компенсация погрешностей (сигнала ошибки), вызванных:
♦♦ непараллельностью осей чувствительности двух феррозондов;
♦♦ разностью коэффициентов преобразования двух датчиков (при изготовлении).
В изделии обеспечиваются 3 канала компенсации и
дополнительный компенсационный датчик, расположенный посередине между феррозондами, на БОС имеются
3 кнопки − «БК» и «МК» и «ОФК точно». В режиме быстрой компенсации с помощью кнопки «БК» включается
таймер на 5 с, в течение которых она и осуществляется.
Если полной компенсации не произошло (стрелка прибора на первом диапазоне не находится на нуле), необходимо снова нажать кнопку «БК». В режиме медленной
компенсации кнопка «МК» удерживается до достижения полной компенсации (стрелка находится на нуле на
4-м диапазоне), после отпускания кнопки компенсация
заканчивается. Контроль чувствительности осуществляется путем нажатия кнопки чувствительности (КЧ). Проверка баланса изделия осуществляется на 4-м диапазоне,
ИБ вращают на 360° вокруг своей оси, при этом максимальный сигнал ошибки не должен превышать 20 мкА
(40% шкалы). Если он больше, то снимают накидную гай-
ку, затем защитный кожух ИБ, вращением оси резистора
в его середине добиваются уменьшения сигнала ошибки,
после чего осторожно надевают кожух и заворачивают
гайку. При проверке сигнала ошибки, возникающего
при ходьбе оператора, ось ИБ отклоняется от вертикали
в направлении Юг, затем − Север на величину ~20°, при
этом максимальное отклонение стрелки индикатора не
должно превышать ±40% на 4-м диапазоне. Если стрелка
отклоняется на бóльшую величину, то вращением шлица
(резистора) «ОФК точно», расположенного на передней
панели БОС, добиваются уменьшения сигнала до приемлемого уровня.
Описанные процедуры настройки изделия весьма сложны и ухудшают эксплуатационную надежность изделия.
Относительность измерений не дает возможности оценить
ни вероятной глубины залегания ВОП, ни его типа, исходя
из величины прогнозируемого магнитного момента. Отсутствие выходного цифрового сигнала измерений не дает
возможности строить карту магнитных аномалий в случаях, когда не важен темп поиска (гуманитарное разминирование). Таким образом, МБИ-П по своим основным ТТХ
уступает зарубежным аналогам вследствие, прежде всего,
несовершенной технологии изготовления измерительного
блока (чувствительного модуля). Однако климатическим и
механическим требованиям российского ГОСТа изделие
удовлетворяет. Все это в совокупности определяет его высокую стоимость ~400 тыс. руб.
Окончание в № 2, 2009 г.
Литература
1. Звежинский С.С., Парфенцев И.В. Метод магнитометрического обнаружения взрыво-опасных предметов/ Спецтехника и связь, 2008, № 2, с. 8 – 17.
2. www.foerstergroup.de.
3. Metal detectors and PPE Catalogue 2007. − Geneva International Centre for Humanitarian Demining. − Geneva, Feb. 2007. −
ISBN 2-940369-01-1. – 203 p. (www.gichd.org).
4. Арбузов С.О. Магниточувствительные поисковые приборы/ Специальная техника, 2000, № 6.
5. Афанасьев Ю.В. Феррозондовые приборы. − Л.: Энергоатомиздат, 1986. – 187 с.
6. Trinkays H.P. METEX and FEREX state-of-the-art-hand-held mine detectors/ International Defense Review, 1978, № 9,
р. 1482 − 1484.
7. Ferex 4.021. Technical description. Foerster Institute Dr. Forster. Edition 09/98, D10.11.99. – 14 p.
8. Щербаков Г.Н. Обнаружение скрытых объектов. М.: «Арбат-информ», 2004. – 144 с.
9. Щербаков Г.Н., Анцелевич М.А., Удинцев Д.Н. Оценка предельной глубины обнаружения ферромагнитных объектов искусственного происхождения в толще полупроводящей сре-ды/ Специальная техника, 2004, № 2, с. 29 − 33.
10.International Defense Review, 1976, № 5, р. 821.
11.Ferex 4.034. Technical description. Foerster Institute Dr.Forster.Edition 09/2000. – 16 p.
12.www.foerster.ru.
13.GSA Equipment List. − January 2004 (http:/www.roncoconsulting.com/gsaequipmentlist0104.htm).
14.www.ebingergmbh.com.
15.www.vallon.de.
16.Vallon. General catalogue. Edition 2008. – 20 p.
17.www.schonstedt.com.
18.МБИ-П. Техническое описание и инструкция по эксплуатации БИВР.411172.001ТО. – 71 с.
27
28
ЧМ,
габариты, см;
База
(между датчиками), см
Максимальный габарит, см
36 (питание GPS
отдельно)
Probe CON 650 (CON 1600),
Ø3,5×85 (180);
65/160
труба Probe CON,
650;
65
4,9
GPS,
лазерное позиционирование
140 (180 для Probe CON 650)
4,6 − с Probe
CON 1600
4,2
2,5
ЖК-дисплей, наушники,
цифровые данные
Масса в снаряженном
виде, кг
Контроль магнитной
аномалии
Фильтр для малых/больших
объектов поиска
стрелка прибора, наушники,
цифр. данные
36
6×1,2 В, NiMH
2,5
труба,
Ø4,3×60;
43
128
4,2
труба,
Ø4,2×60;
50
135
4,0
труба,
Ø3,8×46;
30
56
2,4
ЖКдисплей,
наушники
стрелка
прибора/
ЖК-дисплей;
звук, цифр.
данные
стрелка
прибора,
звук, цифр.
данные
GPS, SEPOS
120
-
0,37
14,8
20
6×1,2 В,
NiMH
2,3
7,8 (LR14)
3
2×LR20
(«D»)
6×LR14 («С»)
Ø26×46 мм,
65 г
9
2005
Vallon
VXC1
1992/1995
НАТО
Vallon
EL1302А1/
EL1302D2
2006
Vallon
VET2
труба,
Ø3,5×180;
170
185
7,4
GPS, контроль питания
ЖК-дисплей,
наушники,
цифр. данные
40
да, 9…12 В
2,8
9,2
12
литиевый
аккумулятор
Vallon (Германия)
40
7×1,2 В,
NiMH
3,3
14,8
14,8
6×LR20
1993
9
Дополнительные функции
60
1,5
2002
НАТО
MAGNEX
120 LW
Ebinger
(Германия)
6
элементы 4×LR20 (тип D)
Ø 33×58 мм, 130 г
Время непрерывной
работы от штатного
питания, ч, не менее
(+20° С)
Работа
от аккумуляторов
Напряжение, В,
номинал
Емкость, А×ч (+20° С)
Потребляемая мощность, Вт
Штатное питание
2000
1995
FEREX
4.032 DLG
GPSCartograph
Год начала
производства
FEREX
4.032 DLG
НАТО − Mk26 mod.1, середина 90-х гг.
FEREX
4.032 API
Institute Dr. Forster
(Reutlingen, Германия)
Принят на вооружение
(снабжение)
ТТХ
Производитель
Таблица 1. Сравнительные ТТХ градиентометров двойного назначения для поиска ферромагнитных
предметов
труба,
53;
35,6
88
1,14
-
ЖК-дисплей,
звук (встроенный излучатель)
60
-
0,36
2×1,2
9
2 литиевые
батареи
(типа Крона)
~1993
НАТО
GA-72Cd
Schontedt
Instrument
Co. (США)
труба,
65;
50
150
8,0
-
стрелка
прибора,
наушники
30
10 РЦ83
0,6
12
8×А343
8×А373
2003
ВС России
МБИ-П
НИИ
«Проект»
(г. Томск)
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2009
RS-232, RS-485
Скорость поиска, м/с
Данные в цифровом
формате
Гарантия
производителя, лет
Цена, USD
(Евросоюз, США)
Ширина зоны
обнаружения, м, макс.
Глубина поиска, м,
макс: Граната
Противопехотная
мина
Противотранспортная
мина
Снаряд танка 88 мм
Мина 100 мм
Авиабомба 230…250 кг
Авиабомба 454…500 кг
Порог чувствительности, нТл (на уровне пикового шума)
14000
2
18000
1 (1,5 для Probe CON 1600)
~20000
2,5…3
4
4…6
5…8 (до 10 м Probe CON 1600)
2
0,5
1…1,2
0,2
порог ±20% от предела диапазона
0…1
Регулировка чувствительности (диапазоны)
Звук в наушниках
6 линейных,
переделы:
10; 30; 100;
300; 1000;
3000 нТл/м
8 линейных: пределы 3; 10; 30; 100; 300; 1000; 3000;
10 000 нТл;
1 логарифмический
2
~5000
1
0,5
порог
RS-232
0,2…1,5
да, авто
не требуется
Калибровка во время
работы
да
авто
некоторые
ограничения
-30…+55
да
авто
без ограничения
-37…+70
Тест при включении
Установка нуля
Работа в железистых
почвах
Рабочая
температура, °С
да, авто
да
авто
2
9760/ 11100
1
≥6
0,25
RS-232
0…1
6000
0,5
5
порог
нет
0…1
8 линейных,
3 линейных,
пределы: 2;
пределы:
5; 20; 50; 200;
50; 300; 1500
500; 2000;
нТл:
20 000 нТл;
авто
ограничение
-32…+60
1,5
8
0,3
RS-232
0…0,5
8 линейных
авто
5
1030
0,2
2,7
1,5 (175 мм)
0,15
2
~15000
1
5
~1
модуляция
частоты
модуляция
частоты
(40 Гц) или
амплитуды
звука
~50
нет
0,2…0,8
4 линейных
(относительные
1:2:10:20)
непрерывная
да
ручная
нельзя
-50…+50
нет
4 линейных
да, авто
нет
авто
нельзя
-25…+60
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
обзор
29
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2009
1
АНЦЕЛЕВИЧ Михаил Александрович,
профессор, доктор технических наук
2
КАРПОВ Александр Сергеевич,
3
УДАВИХИН Андрей Васильевич,
кандидат технических наук
4
ЩЕРБАКОВ Григорий Николаевич,
профессор, доктор технических наук
ОБНАРУЖЕНИЕ ПРОВОДНЫХ
ЛИНИЙ УПРАВЛЕНИЯ
ТЕРРОРИСТИЧЕСКИМИ
ВЗРЫВНЫМИ УСТРОЙСТВАМИ
В статье представлено обоснование нового метода обнаружения проводных линий управления взрывными
устройствами, а также описан принцип работы нового технического средства отечественной разработки,
предназначенного для этой цели.
The article presents a rationale for the new method of detection wire line control explosive devices, and describes the principle
of the new national elaboration technical device, for this purpose.
П
Противоборствующие стороны постоянно совершенствуют объекты поиска и способы их установки в целях снижения вероятности их обнаружения, создания условий
невозможности применения средств противодействия. Совершенствование проводных линий управления взрывными устройствами (ВУ) идет в основном по пути снижения
трудозатрат (а, следовательно, и времени) на их установку
без снижения вероятности необнаружения современными
поисковыми приборами.
В настоящее время сложилась ситуация отставания методов и средств обнаружения от развития объектов поиска.
Выражается это в ограниченных возможностях известных
поисковых приборов, не позволяющих во многих случаях
обнаруживать ВУ, управляемые по смешанному радиопроводному каналу.
Одним из основных направлений деятельности террористов являются диверсии на дорогах. Для поиска ВУ, установленных на путях движения войск, и борьбы с ними
применяется целый комплекс средств. Существующие ге-
оявление в горячих точках планеты комбинированных радиопроводных линий управления взрывными устройствами значительно усложнило борьбу с ними.
Появилась необходимость создания портативного искателя
коротких обесточенных тонких проводных линий, находящихся в грунте. Ни в России, ни за рубежом подобного прибора до последнего времени не было. В данной статье излагаются основные результаты его успешной разработки.
В последнее десятилетие отмечается устойчивая тенденция активизации как террористической деятельности в отдельных странах, так и международного терроризма, в который вовлекаются граждане и территории более одной
страны. Все ведущие страны мира уделяют самое серьезное внимание проблеме совершенствования средств борьбы с терроризмом. В настоящее время создание технических средств для борьбы с терроризмом приобрело особую
актуальность. В России антитеррористическая деятельность регламентируется Федеральным законом «О борьбе
с терроризмом».
1
2
30
– ООО «ВМ Групп», генеральный директор
– Общевойсковая академия ВС РФ, начальник отдела
3
4
– ООО «ВМ Групп», начальник отдела
– ООО «НТЦ «ЗОНД-Р», генеральный директор
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
новая техника
Рис. 1. Типичная схема минирования автодорог: 1 – заряд ВВ; 2 – радиозамыкатель; 3 – проводная линия управления
нераторы помех позволяют создать гарантированный защитный «колпак» радиусом до 30 – 40 м и тем самым
предотвратить взрыв ВУ, находящегося в этой зоне, по радиоканалу (рис. 1). Дальнейшее увеличение радиуса действия генераторов помех приводит к значительному возрастанию их массогабаритных показателей и резкому
увеличению энергопотребления.
Современные кабелеискатели с достаточной степенью
вероятности обеспечивают обнаружение проводных линий
управления длиной только от 100 м и более. Особенностью
данных приборов, несмотря на их сложность, является способность поиска только весьма длинных обесточенных проводных линий. Таким образом, имеется зона, не прикрытая
никакими техническими средствами и дающая возможность широкого применения совмещенных (проводная ли-
ния − радиоканал) линий управления ВУ. Как правило, незаконными вооруженными формированиями применяются
проводные линии управления, имеющие длину, превышающую радиус действия существующих генераторов помех.
На конце линии размещается приемник, позволяющий принимать команды дистанционно по радиоканалу. Как показал
анализ, длины таких коротких линий управления составляют, как правило, от 30 до 70 м. Современные же трассопоисковые средства позволяют обнаруживать с требуемой вероятностью проводные линии длиной не менее 100 м. В то
же время существующие переносные нелинейные радиолокационные станции (НРЛС) обеспечивают обнаружение
исполнительных приборов радиолиний управления, устанавливаемых в грунт или на его поверхности, на дальностях
только до 10 – 12 м, что явно недостаточно.
Рис. 2. Электромагнитные методы обнаружения объектов в укрывающих средах
31
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2009
Рис. 3. Поиск обесточенных проводников малой протяженности в укрывающих средах с использованием
радиоволнового поискового прибора:
h – глубина заложения объекта поиска; Ip – ток в передающей антенне;
Iк – наведенный ток в объекте поиска; la – длина активируемого участка объекта поиска;
lk – длина объекта поиска (обесточенной кабельной линии управления)
Таким образом, в современных условиях возникли объективные противоречия между возросшими боевыми возможностями управляемых взрывных устройств и отсутствием технических средств, позволяющих их обнаруживать
с требуемой степенью вероятности. Боевые возможности
управляемых взрывных устройств возросли, прежде всего, за счет появления новых комбинированных линий управления – радиопроводных. Отсутствие технических
средств, позволяющих обнаруживать современные управляемые взрывные устройства, обусловлено ограниченным
радиусом действия генераторов помех и не достаточными
по минимальной длине проводных линий управления ВУ
возможностями современных средств поиска. Данное противоречие обуславливает наличие «мертвой» зоны, позволяющей противнику в ее рамках выбирать длину кабеля управления.
В настоящее время известен ряд методов обнаружения
неподвижных объектов в укрывающих средах и их разновидностей (рис. 2). Подавляющее их большинство основано
на регистрации различных аномалий (электромагнитных,
теплофизических и др.) в местах расположения этих объектов [1].
Развитие методов поиска всегда было тесно связано с развитием объектов поиска, способов и средств их установки.
32
Анализ известных электромагнитных методов зондирования укрывающей среды показал, что в целях поиска коротких линий управления наиболее целесообразно использование резонансно-радиоволнового метода [2].
Упрощенная схема физического процесса обнаружения
проводных линий управления ВУ представлена на рис. 3.
Короткая линия управления ВУ рассмотрена как пассивная
переизлучающая электрическая антенна, которая при определенных условиях переизлучает электромагнитное поле
первичного генератора. Это вторичное поле может регистрироваться приемным элементом поискового устройства
(приемной антенной).
Электромагнитные процессы в линейных электрических
антеннах, расположенных в проводящих средах, рассмотрены во многих известных работах по использованию различных методов, из которых можно выделить как основные:
♦♦ метод численного решения интегрального уравнения;
♦♦ метод нахождения параметров подземных антенн путем
определения постоянной распространения и волнового
сопротивления для бесконечно длинной антенны с последующим использованием теории длинных линий;
♦♦ метод вычисления входных сопротивлений с помощью
наведенных ЭДС;
♦♦ метод эквивалентных зеркальных отражений;
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
новая техника
♦♦ метод интегрирования вектора Пойтинга по поверхности изолирующего провода диэлектрика.
Причем строгое рассмотрение электромагнитного процесса в резонансной области, когда наблюдается «всплеск»
отраженного сигнала, является наиболее сложным и может
осуществляться только численными методами.
При исследовании данного процесса разработчиками использовалась упрощенная инженерная методика расчета
вторичного сигнала от объекта поиска. При этом весь процесс локации делился на ряд поэтапных частных упрощенных процессов: излучение первичного поля, прохождение
его через раздел воздух – грунт, распространение сигнала
в толще грунта и т.д.
В результате были выявлены два основных параметра поискового прибора: оптимальный диапазон частот и его необходимый энергетический потенциал. К сожалению, при
этом была потеряна «тонкая» структура отраженного сигнала, прежде всего, фазовые и поляризационные характеристики. Однако в данном случае это не столь существенно.
Как известно, явление резонанса наступает в случаях,
когда длина подземного изолированного проводника кратна 0,5 рабочей длины волны возбуждающего поля. Проводники длиной более длины рабочей волны регистрируются
несколькими, следующими друг за другом характерными
«всплесками» отраженных сигналов. Поскольку минимальная длина проводных линий составляют десятки метров, то
оптимальный диапазон частот зондирующего поля лежит в
КВ-диапозоне волн. При этом имеет место укорочение длины волны в грунте.
В результате исследований установлено, что в качестве передающей и приемной антенн целесообразно использование ферритовых антенн. При этом обеспечивается
высокая стабильность работы этих антенн вблизи разде-
ла «воздух − грунт» на высоких частотах. Другие типы антенн – магнитные рамочные и тем более электрические
такой стабильностью не обладают. Во многом это обусловлено нестабильными характеристиками укрывающей среды (грунт, участки с водой). Как известно, в подавляющем
большинстве случаев относительная магнитная проницаемость среды стабильна и равна единице, а диэлектрическая
проницаемость может изменяться в широких пределах –
от 4 (сухой песок) до 80 (пресная вода) [3 – 6].
На рис. 3 видно, что передающей ферритовой антенной
излучается электромагнитное поле, электрическую составляющую которого определяет наведенный ток, протекающий в объекте поиска. Наведенный ток определяет значение вторичного магнитного поля в области нахождения
приемной антенны.
На рис. 4 приведена характерная экспериментальная зависимость величины принимаемого сигнала (Uпр) от кабельной
линии при изменении частоты зондирующего поля. Зависимость получена в лабораторных условиях с использованием
многочастотной измерительной установки и удлиненного
грунтового лотка, в котором закапывался облучаемый участок кабеля. Разнос ортогональных ферритовых антенн (фА
и фА1), образующих поисковый элемент (ПЭ), составлял
0,6 м. Явно виден характерный резонансный «всплеск» от
объекта поиска (отрезка кабельной линии 30 м).
На рис. 5 представлена упрощенная структурная схема
разработанного переносного средства обнаружения скрытых проводных линий управления ВУ – искателя кабельных линий управления (ИЛУ). Данный прибор включает:
♦♦ генераторный блок, размещаемый в радиопрозрачном
корпусе, включающий:
▪ задающий генератор,
▪ усилитель мощности,
Рис. 4. Зависимость величины принимаемого сигнала от частоты зондирующего поля
33
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2009
Рис. 5. Структурная схема ИЛУ:
1 – генераторный блок (радиопрозрачный корпус):
1.1 – задающий кварцевый генератор, 1.2 – усилитель
мощности, 1.3 – передающая ферритовая антенна;
2 – приемный блок (радиопрозрачный корпус):
2.1 – приемная ферритовая антенна, 2.2 – входной
малошумящий усилитель, 2.3 – индикаторное
устройство, 2.4 – светодиодный излучатель,
2.5 – акустический излучатель;
3 – несущая диэлектрическая штанга
Рис. 6. Искатель кабельных линий управления взрывными
устройствами «Зонд-И»:
1 – приемный блок; 2 – генераторный блок
▪ передающую ферритовую антенну;
♦♦ приемный блок, также размещаемый в радиопрозрачном корпусе, включающий:
▪ приемную ферритовую антенну,
▪ входной усилитель,
▪ индикаторное устройство,
▪ светодиодный излучатель,
▪ акустический излучатель;
♦♦ несущую диэлектрическую штангу.
Созданный в процессе разработки экспериментальный
образец прибора (рис. 6) имеет следующие тактико-технические характеристики:
♦♦ скорость поиска до 4 км/ч;
♦♦ глубина обнаружения проводных линий управления ВУ
до 0,3 м, магистральных кабельных линий связи и металлических трубопроводов до 1 – 1,5 м, крупных боеприпасов (снаряд 152 мм, мина ТМ-62М) до 0,5 – 0,6 м;
♦♦ время подготовки прибора к работе не более 5 мин.;
♦♦ длина линий управления взрывными устройствами от
30 м и более;
♦♦ масса прибора 2,5 кг;
♦♦ расчет 1 человек.
Эти характеристики вполне удовлетворяют современным требованиям к средствам обнаружения комбинированных (радиопроводных) линий управления ВУ. Прибор
запатентован и сертифицирован.
Внешний вид разработанного искателя кабельной линии
«Зонд-И» приведен на рис. 6.
Литература
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Щербаков Г.Н. Обнаружение скрытых объектов. − М.: АРАТ-ИНФОРМ, 2004. − 144 с.
Щербаков Г.Н. Средства обнаружения управляемых взрывных устройств/ Специальная техника, 2000, № 4,
Огороднейчук И.Ф. и др. Низкочастотная беспроводная связь в шахтах. − М.: Недра, 1975. − 232 с.
Корчагин Ю.А. и др. Радиосвязь в проводящих средах. − Новосибирск: Наука, 1990. − 148 с.
Бахмутский В.Ф. и др. Индукционные кабелеискатели. − М.: Связь, 1970. − 112 с.
Лавров Г.А. и др. Приземные и подземные антенны. − М.: Советское радио, 1965. − 472 с.
Лицензии ФСБ России ГТ № 0011838 от 27.06.2008 г. и ЛЗ № 0015048 от 25.08.2008 г.
Адрес: Москва, Ленинградское ш., д. 80, корп. 22 (Балтийская ул., д. 9)
Почтовый адрес: 109052 Москва, а/я 61, ООО «СТИКС»
тел./факс (495) 755-6199, 755-6410 E-mail: 007@stiks.su, stiks@stiks.su
34
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
обзор
1
ПЕЛЁВИНА Елена Николаевна
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ НАВЕДЕНИЕМ
ГИДРОРАЗРУШИТЕЛЯ МОБИЛЬНОГО
РОБОТОТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА
В статье описывается система управления специальным оружием (гидроразрушителем) мобильного
робототехнического комплекса. На основе выявленных недостатков данной системы предлагается
модернизированная система управления наведением специального оружия для обезвреживания боевых целей и
обеспечения безопасности личного состава подразделений, выполняющих взрывотехнические работы.
The management system of special weapons (hydro-destroyer) of mobile robotic complexes are described. Based on the
identified weaknesses of the system, modernized management system guidance of special weapons for neutralizing of
military objectives and security of personnel performing explosive work are proposed.
Д
ля обнаружения взрывных устройств во многих странах созданы специальные мобильные робототехнические комплексы, которые обеспечивают эффективное и
безопасное для личного состава подразделений выполнение необходимых взрывотехнических работ [1, 2]. В нашей
стране и ряде других стран хорошо зарекомендовали себя
такие робототехнические комплексы, как «Варан», «Вездеход – ТМ5», «Богомол» и др.
Данные мобильные робототехнические комплексы (МРК)
представляют собой набор механизмов, устройств и приспособлений, предназначенных для выполнения следующих оперативно-тактических задач:
♦♦ проведения визуальной разведки, поиска и первичного
диагностирования подозрительных на наличие взрывного устройства (ВУ) предметов с помощью телевизионных
камер и специального навесного оборудования;
♦♦ обезвреживания ВУ с помощью специального оружия
(гидроразрушителя), загрузки ВУ в специальные контейнеры для эвакуации, а также выполнения технологических операций по обеспечению доступа к ВУ [3].
Основным элементом МРК является мобильный робот
(фото 1, 2). Он представляет собой транспортное средство
(ТС), в корпусе которого размещены: отсек управления с
блоками системы управления, бортовая часть канала связи
и система энергообеспечения – отсек аккумуляторный. На
корпусе транспортного средства монтируется манипулятор и
сменное технологическое оборудование, подключаемое к мобильному роботу (МР) на панелях управления и распределительной коробке. Мобильный робот оснащен телевизионной
системой, системой освещения и каналом акустической связи. Все его исполнительные механизмы – электромеханического типа с двигателями постоянного тока.
МР управляется в командном режиме с поста дистанционного управления.
Основными средствами борьбы с взрывными устройствами, используемыми в таких мобильных робототехнических
комплексах, являются ствольные разрушители [4].
Ствольный гидродинамический разрушитель действует по
принципу создания мощной гидравлической струи, имеющей
скорость до 220 − 300 м/с и способной разрушать взрывоопасные предметы в относительно непрочных корпусах [5].
Структурная схема системы управления представлена на
рис. 1.
Система управления МРК делится на три части:
♦♦ система управления движением;
♦♦ система управления манипулятором;
♦♦ система управления обзорно-телевизионной установкой.
Система управления движением осуществляет управление
гусеничными движителями.
Система управления манипулятором предназначена для
1
− инженер-конструктор ОАО «Специальное конструкторское бюро приборостроения и автоматики», г. Ковров, аспирант Ковровской
государственной технологической академии им. В. А. Дегтярева
35
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2009
Фото 1. Мобильный робот «Варан»
Фото 2. Гидроразрушитель, установленный на МРК
«Вездеход ТМ-5»
Рис. 1. Структурная схема системы управления МРК
осуществления перемещения объекта (либо специального
оружия – гидроразрушителя) в пространстве. Данная система управления не обладает достаточной точностью наведения гидроразрушителя, необходимой для надежного обезвреживания взрывоопасных предметов.
Система дистанционного управления (СДУ) предназначена для дистанционного управления исполнительными механизмами и устройствами. Управление осуществляется по радиоканалу на удалении до 1000 м или по кабелю на удалении
до 200 м.
По конструктивному признаку СДУ делится на две части:
♦♦ пультовая часть;
♦♦ бортовая часть.
Пультовая часть СДУ, расположенная в пульте управления
(ПУ) поста дистанционного управления (ПДУ), предназначена для задания команд управления, формирования командных посылок и преобразования их в код, удобный для передачи по кабелю и радиолинии. Задание команд управления
осуществляется с помощью ручек управления, переключателей и кнопок, расположенных на панели управления.
36
Бортовая часть СДУ, расположенная в корпусе транспортного средства МР, предназначена для приема сигналов управления, поступающих в зависимости от режима работы по
радиолинии или кабелю, их обработки, усиления и распределения по соответствующим исполнительным устройствам и
механизмам.
Для работы в условиях, сложных для прохождения радиоволн (работа в зоне радиотени или работа с постановщиком
радиопомех), СДУ снабжена бортовой катушкой с кабелем
дистанционного управления, которая устанавливается на
стойке в задней части МР.
Модуль ДУ и ДК (рис. 2) формирует дискретные команды и
пропорциональные сигналы управления на модуль управления манипулятором и модуль управления ТС, которые непосредственно управляют приводами. Информация с телекамер,
а также с датчиков телеметрии поступает в модуль ДУ и ДК,
где формируется видеосигнал и сигнал телеметрии, поступающие на видео и аудио входы ТВ-передатчика. С ТВ-приемника на пульте управления видеосигнал отображается на ТВмониторе, а аудиосигнал поступает на модуль телеметрии,
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
решение
Рис. 2. Структурная схема каналов управления: 1 – управление сигналами; 2 – управление телекамерами
где декодируется и отображается на индикаторе.
В связи с имеющимися недостатками системы управления
специального оружия (гидроразрушителя) в данной статье
предлагается модернизировать систему управления наведением гидроразрушителя. Усовершенствованная система управления представлена на рис. 3, 4.
Управление приводами наведения гидроразрушителя осуществляется оператором с пульта дистанционного управления. Сигнал пропорционального управления с джойстика
поступает в АЦП, где преобразуется в цифровой код. В контроллере формируется информационная кодограмма, которая передается по каналу управления: по кабелю или по радио. В зависимости от того, какой из режимов работы МРК
выбран, цифровой сигнал управления поступает на радиопе-
редатчик канала дистанционного управления или в кабельный канал связи.
На контроллер бортовой части системы управления поступают цифровые сигналы управления от радиоприемника
или кабельного канала связи. В контроллере кодограмма разделяется на сигналы управления, которые распределяются
в соответствии с адресом на объекты управления. С выхода
контроллера сигнал поступает на блок управления приводом
горизонтального или вертикального наведения. Блок управления приводом формирует ШИМ-сигнал управления исполнительным двигателем.
Для обеспечения качественной обратной связи и организации управления приводами используется магнитно-резистивный инкрементный датчик (энкодер) MR, тип М-228179.
Рис. 3. Структурная схема системы управления МРК
37
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2009
Этот датчик работает на магнитно-резистивном эффекте: сопротивление зависит от направления
векторов магнитного поля и тока.
Если они перпендикулярны друг
другу, то сопротивление малое, если нет – сопротивление большое.
По выходным сигналам с энкодера, то есть, какой сигнал появился
раньше, судят о направлении вращения.
Блок управления ПВН (рис. 4)
и механизм вертикального наведения, состоящий из двигателя, редукторов (планетарного и
червячного) и энкодера, образуют привод вертикального наведения, а блок управления ПГН и
механизм горизонтального наведения образуют привод горизонтального наведения. Видеоизображение, представляющее
собой электрический видеосигнал, с ТВ-камеры наведения передается по ТВ-каналу (кабелю
или радио), отображаясь на жидкокристаллическом
мониторе
пульта управления.
В заключение необходимо отметить, что предложенная система
управления
позволит
осуществлять наведение специального оружия на боевую цель
с точностью до 0,1°, что является достаточным для ее обезвреживания с высокой степенью
вероятности при ограниченном
запасе боеприпасов на борту мобильного робота.
тив
Рис. 4. Функциональная схема системы управления вертикальным и
горизонтальным наведением гидроразрушителя
Литература
1. Батанов А. Ф., Грицынин С. Н., Муркин С. В. Мобильные роботизированные взрывотехнические комплексы/ Специальная техника. – 1999, № 4, с. 21 – 30.
2. Юревич Е. И. Основы робототехники. – 2-е изд., перераб. и доп. – СПб.: БХВ-Петербург, 2005. – 416 с.
3. Мобильный робототехнический комплекс «Варан»/ Каталог. – ОАО «Специальное конструкторское бюро приборостроения и автоматики», 2005.
4. Полин А. В., Васейко Ю. М., Голубков И. Н. Дистанционно-управляемый мобильный комплекс для работы с взрывоопасными предметами/ Экстремальная робототехника : Сб. трудов VIII Международной научно-технической конференции. – СПб, 1997, с. 179 – 181.
5. Батанов А. Ф., Грицынин С. Н., Муркин С. В. Робототехнические комплексы для обеспечения специальных операций/
Специальная техника. – 1999, № 6, с. 10 – 17.
6. Пелёвина Е. Н. Гидроразрушители мобильных роботов – эффективное средство для борьбы с взрывными устройствами в антитеррористических операциях/ Спецтехника и связь. – 2008, № 1, с. 18 – 21.
38
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
обзор
НАГОРНЫЙ Сергей Иванович
ДОНЦОВ Вадим Владимирович,
кандидат технических наук,
старший научный сотрудник
ИЛЛЮЗИЯ ВЫБОРА
ЗАЩИЩЕННЫХ СРЕДСТВ
КОММУНИКАЦИИ
В статье рассмотрен правовой подход к построению защищенных средств коммуникации в части определения
собственника и признаков защищаемой информации. Приведена формализация задачи выбора защищенных средств
коммуникации на основе критериев экономической теории рационального поведения потребителя при ограничениях,
существующих в действующем законодательстве. Учтены технические особенности доступных защищенных средств
коммуникации. Даны рекомендации по выбору категории защищенных средств коммуникации с учетом установленных
правил документооборота и особенностей делопроизводства в бюджетной сфере.
The article considers legal approach to creating protected communication means regarding owner definition and characteristic
features of information protected. The problem of the protected communication means selection based on the criteria of economics
theory consumer rational behavior under constraints of current legislation has been formalized. Technical features of the protected
communication means available have been taken into account. Recommendations are given on the choice of the protected
communication means regarding the established rules of document circulation and specific features of office-work in budgetary
sphere.
Н
ет лучшего средства защитить свое хрупкое и столь
зыбкое ощущение индивидуальности, чем обладание некой тайной, которую желательно или необходимо
сохранить. Уже на самых ранних стадиях истории мы обнаруживаем страсть к тайным организациям. Там, где нет
поводов скрывать действительно важные секреты, изыскиваются «таинства», к которым допускаются лишь избранные и «посвященные». Потребность в таинственности –
неотъемлемое качество примитивного сознания, поскольку
причастность к тайне служит своего рода цементом для общественных отношений. На социальном уровне тайна с успехом компенсирует недостаточность отдельной личности,
которая, всегда отделяя себя от других, в то же время вынуждена жить в постоянном поиске своей исходной бессознательной идентичности с другими. В своей книге «Аффект
цивилизации» К.Г. Юнг писал: «…всякого рода коллективная тождественность, например: членство в организациях,
приверженность к «измам» и пр., уводит нас в сторону. Это
– костыль для хромого, щит для трусливого…».
Применительно к нашей проблеме можно привести цитату
из Руководящего документа [1]: «Существующие или предполагаемые нарушители также могут придавать значение
этим активам и стремиться использовать их вопреки интересам их владельца. Владельцы будут воспринимать подобные
угрозы как потенциал воздействия на активы, приводящего
к понижению их ценности для владельца. К специфическим
нарушениям безопасности обычно относят (но не обязательно ими ограничиваются): наносящее ущерб раскрытие актива
несанкционированным получателем (потеря конфиденциальности), ущерб активу вследствие несанкционированной модификации (потеря целостности) или несанкционированное
лишение доступа к активу (потеря доступности)». Причиной
неуверенности владельцев конфиденциальной информации
служит «недостаток знаний, компетентности или нежелание полагаться исключительно на заверения разработчиков».
Чтобы повысить «свою уверенность в мерах безопасности
продукта или системы ИТ», владельцам конфиденциальной
информации предлагается «заказать проведение анализа безопасности этого продукта или системы (т.е. оценку безопасности)». Но при этом необходимо иметь в виду, что в процессе
реализации механизмов защиты от опасности «потери конфиденциальности» нам будет предложен только «определенный уровень уверенности в том, что функции безопасности
таких продуктов или систем, а также предпринимаемые меры
39
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2009
Рис. 1. Типовая схема коммутации двух абонентов по варианту «точка – точка» на базе шифратора М-484
доверия отвечают предъявляемым требованиям».
Несколько проще это было сформулировано отмененной
статьей 139 Гражданского Кодекса РФ: «…информация составляет служебную или коммерческую тайну в случае, когда
информация имеет действительную или потенциальную коммерческую ценность в силу неизвестности ее третьим лицам,
к ней нет свободного доступа на законном основании, и обладатель информации принимает меры к охране ее конфиденциальности». То есть коммерческая и служебная тайна в
качестве объекта гражданского права должна обладать тремя
признаками: соответствующая информация неизвестна третьим лицам, к ней нет свободного доступа на законном основании, обладатель информации принял меры для ее конфиденциальности. При этом понятия «коммерческая и служебная
тайна» раскрываются в интерпретации статьи 5 Федерального закона «Об информации, информационных технологиях и
о защите информации» как информация, «доступ к которой
ограничен федеральными законами (информация ограниченного доступа)».
Критерии выбора
Так как «действующее законодательство не создало механизмов регулирования правовых отношений в области государственных информационных ресурсов, не раскрывает способов
реализации прав государства как собственника, не конкретизирует объем прав их создателей, а низкая культура договорных отношений не позволяет органам исполнительной власти четко, однозначно и в полной мере регулировать процессы
их формирования и использования. Практически отсутствует координация создания федеральными и региональными
органами государственной власти информационных фондов
и баз данных о юридических и физических лицах и правоотношениях между ними» [2], то для решения выявленных проблем
предполагается осуществить:
♦♦ координацию деятельности различных ведомственных
и региональных структур, а также организаций негосударственного сектора по формированию и использованию информационных ресурсов и создание таким образом условий для формирования единого информационного
пространства;
♦♦ учет государственных информационных ресурсов и обеспечение доступности информации об их составе, размещении и условиях использования;
♦♦ организацию финансирования и оптимизацию затрат бюджетных средств на формирование, использование и защиту государственных информационных ресурсов;
♦♦ организацию защиты государственных информационных
40
ресурсов, контроль их состояния, сохранности и установленных в соответствии с законодательством режимов использования.
Таким образом, актуальной проблемой становится определение критерия выбора системы защиты информации.
Учитывая «недостаток знаний, компетентности или нежелание полагаться исключительно на заверения разработчиков»,
а также специфику рынка средств технической защиты информации, процесс создания собственными силами системы
технической защиты информации можно было бы сравнить с
процессом выбора буриданова осла.
В экономической теории существует понятие рационального
поведения потребителя. Под рациональным поведением потребителя понимается такое поведение, при котором потребляются размещаемые услуги и товары в таких количествах и
пропорциях, которые позволили бы ему (потребителю) получать максимальное удовлетворение. Для обозначения удовлетворения экономисты используют термин «полезность»
U. Под предельной полезностью понимается полезность, которую потребитель извлекает из дополнительной единицы
блага. Сумма полезностей отдельных частей блага дает общую полезность. Микроэкономика называет модель выбора,
в которой решается задача определения набора благ при их
числе более двух, многомерной моделью выбора. Классическая многомерная модель выбора отвечает на главный вопрос
потребителя: в каком количестве следует приобрести товары
на рынке n товаров при заданных ценах р1,р2,р3,…,рn и фиксированном доходе М? При этом необходимо учитывать следующие условия:
♦♦ методика определения стоимости информации ограниченного распространения, утвержденная в виде нормативного
акта отсутствует;
♦♦ право на обработку информации ограниченного распространения по закону возникает с момента получения «аттестата соответствия».
При определении спроса естественно предложить, что среди всех возможных наборов благ X потребитель предпочтет
те, которые обеспечат максимальный уровень полезности, то
есть он максимизирует функцию полезности U(x). Приняв такое предположение, фактически можно определить критерий
выбора. Чтобы завершить математическую формулировку
задачи, остается определить то множество всех допустимых
наборов благ Х, из которого в соответствии с заданным критерием будет осуществлен выбор. Набор благ Х будет допустимым, если стоимость входящих в него товаров не превысит
доход М. Стремясь максимизировать функцию полезности,
потребитель заинтересован в том, чтобы использовать пол-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
рекомендации
ностью доход М. С учетом этого множество всех вероятных
наборов благ Х составит такую совокупность, для которой выполняется условие:
n
∑P + X
i =1
i
i
=M
Математическая формулировка задачи определения спроса
потребителя на рынке n товаров состоит в следующем: требуется найти такой набор Х переменных {Хi}, i = I, n, который
максимизирует функцию полезности U(x) при условии выполнения требований бюджета. В дальнейшем вопрос экономической теории будем рассматривать строго в контексте
«применения техники защиты информации» при построении
систем передачи информации ограниченного распространения межу различными юридическими лицами.
Выбор защищенной системы коммуникаций
Объекты информатизации вне зависимости от того, используются отечественные или зарубежные технические и программные средства, аттестуются на соответствие требованиям государственных стандартов России или нормативных
и методических документов по безопасности информации,
утвержденных федеральным органом по сертификации и аттестации в пределах его компетенции. Обязательной аттестации подлежат объекты информатизации, предназначенные
для обработки информации, составляющей государственную
тайну, управления экологически опасными объектами, ведения секретных переговоров [3]. Аттестация по требованиям
безопасности информации предшествует началу обработки
подлежащей защите информации и предусматривает комплексную проверку (аттестационные испытания) защищаемого объекта информатизации в реальных условиях эксплуатации в целях оценки соответствия использованного комплекса
мер и средств защиты информации требуемому уровню безопасности информации. Наличие на объекте информатизации
действующего «Аттестата соответствия» дает право обработки информации с тем уровнем секретности (конфиденциальности) и на тот период времени, которые установлены в
«Аттестате соответствия». При этом Руководящий документ
[4] устанавливает, что «для передачи за пределы контролируемой зоны шифртекста, полученного путем зашифрования с
помощью СКЗИ информации с грифами «Секретно» и выше,
должны использоваться каналы связи, защищенные с помощью связной шифраппаратуры, для которых в соответствии
с действующими нормативными документами получено разрешение на передачу секретной информации. Специального
разрешения на эксплуатацию СКЗИ в этом случае не требуется».
В общем виде многочисленные типы информационно-телекоммуникационных сетей могут быть подразделены на следующие категории:
♦♦ выделенные соединения (арендуемая линия);
♦♦ сети с коммутацией каналов;
♦♦ сети с коммутацией пакетов.
Каждая категория имеет свои преимущества и недостатки.
Например, асинхронное соединение позволяет получить
лишь ограниченную полосу пропускания, однако в этом случае пользователь может связаться с любым объектом, у которого имеется телефонная сеть. В табл. 1 приведены описания
различных типов соединений.
Коммутация каналов представляет собой такой метод коммутации, при использовании которого замкнутая физическая
цепь устанавливается, поддерживается и ликвидируется для
каждого сеанса связи через сеть носителя. Типичными соединениями с коммутацией каналов являются:
♦♦ асинхронное последовательное соединение;
♦♦ цифровая сеть с комплексным обслуживанием (ISDN).
В качестве примера рассмотрим организацию асинхронного последовательного соединения с использованием связной
шифраппаратуры (СКЗИ) «Форт» на базе сертифицированного ФАПСИ прибора ПКЗИ-КС (М-484) [5, 6]. Типовая схема
применения СКЗИ «Форт» показана на рис. 1.
Наиболее затратной с финансовой точки зрения является организация информационно-телекоммуникационной сети с
коммутацией пакетов. Коммутация пакетов представляет
собой такой метод коммутации в распределенных сетях, при
Таблица 1. Характеристики различных типов соединений
Тип соединения
Характеристика
Выделенные линии
дорогостоящие промышленные сети с высоким уровнем управляемости, максимальной
шириной полосы пропускания
Каналы Frame Relay
средний уровень управляемости, совместно используемая полоса пропускания
Канал ISDN
невысокий уровень управляемости, совместно используемая полоса пропускания
Асинхронное удаленное
соединение
низкий уровень управляемости, совместно используемая полоса пропускания,
рекомендуется для соединения с ограниченным временем использования
Соединение Х.25
низкий уровень управляемости, совместно используемая полоса пропускания,
рекомендуется для соединения с ограниченным временем использования, высокая
надежность
41
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2009
Рис. 2. Типовая схема организации информационно-телекоммуникационной сети с коммутацией пакетов на базе
шифратора М-448
котором сетевые устройства совместно используют каналы
типа «точка – точка» для передачи пакетов от отправителя к
получателю через сеть носителя. Сети с коммутацией пакетов используют виртуальные каналы, которые обеспечивают
сквозные соединения. Физические соединения осуществляются статически запрограммированными коммутирующими
устройствами. Сети с коммутацией пакетов имеют скорости
передачи, сравнимые со скоростями выделенных линий, и
обычно представляют собой удобный тип канала связи между
двумя большими узлами, которые требуют продолжительного времени использования канала. Как правило, соединения
с коммутацией пакетов являются наиболее экономически эффективными в следующих ситуациях:
♦♦ когда соединения используются в течение длительного
времени;
♦♦ когда узлы расположены географически далеко друг от
друга.
Типовая схема применения СКЗИ «Форт» показана на рис. 2.
Кроме этого, в качестве разновидности защищенных виртуальных сетей (VPN) в глобальных и локальных IP-сетях можно
реализовать технологию ViPNet. Все основные технические
решения, обеспечивающие создание туннельных VPN-соединений и фильтрацию трафика, реализованы в низкоуровневом драйвере модуля ViPNet. Этот драйвер взаимодействует
с драйверами сетевых интерфейсов (реальных или их эмулирующих) операционной системы и для него не принципиально, каким способом подключен компьютер к сети. Это может
быть сеть Ethernet или PPPoE через XDSL-подключение, PPP
через обычный Dial UP или ISDN, сеть сотовой связи GPRS
или Wireless-устройства, сети MPLS или VLAN. Модуль ViPNet
автоматически поддерживает разнообразные протоколы канального уровня [7].
Типовая схема применения защищенных виртуальных сетей
в глобальных и локальных IP-сетях, реализующая технологию
ViPNet, представлена на рис. 3.
42
С учетом исполнения требования Руководящего документа [4]
в качестве связной шифраппаратуры может быть применен
криптомаршрутизатор. Типовая схема такой системы связи
представлена на рис. 4.
Учитывая, что маршрутизацией называется действие по перенаправлению пакета из одной логической сети (или подсети) в
другую, к устройству «маршрутизатор» в соответствии с [8] должен быть приложен дополнительный сертификат («оборудование коммутации и маршрутизации пакетов информации»).
Иллюзия выбора
Итак, встает естественный вопрос: какую из схем реализовать? Ответ прост − ту, которая максимизирует функцию полезности U(x) при условии выполнения требований бюджета. Тогда возникает второй естественный вопрос – как формализовать функцию полезности? Где же
гарантия, что действия потребителя окажутся правильными? Не совершаем ли мы в своем потребительском поведении ошибок?
Вообще, как известно из теории, в целях «максимизации
своего положения, индивидуум, как минимум, должен представлять себе, какие промежуточные цели он достигает, употребив эти средства, или же какие средства ему использовать
для достижения конкретно поставленных промежуточных
целей, т.е. он должен быть знаком с этими средствами. Моментом, определяющим успех человеческой деятельности,
является знакомство действующего субъекта с доступными
его распоряжению средствами для достижения намеченных
целей» [9].
А если принять во внимание «недостаток знаний, компетентности или нежелание полагаться исключительно на заверения
разработчиков», то по замечанию А. Маршала [10] действия
потребителя «основываются на привычках и обычаях, в свою
очередь, сами эти привычки и обычаи возникли в процессе
тщательного предварительного расчета, который когда-то и
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
рекомендации
Рис. 3. Типовая схема организации применения защищенных виртуальных сетей (VPN) в глобальных и локальных
IP-сетях, реализующая технологию ViPNet
кем-то был совершен. Предпочтение одного образа действий
перед другим, даже когда оно не является следствием определенного расчета в данный момент, представляет собой продукт более или менее сознательных решений, принимавшихся
этим человеком прежде в примерно аналогичных обстоятельствах». Бем-Беверк прямо указывал, что большая часть наших
поступков связана с такими правилами поведения, которые
сформировались в ранее случавшихся ситуациях, и мы пользуемся этими правилами благодаря нашей памяти. Действительно, какая разница межу выбором связной шифраппаратуры и
телевизора, если в качестве критерия выбрать максимизацию
любого неопределенного количества потребительских свойств
объекта при условии непревышения выделенного для этих целей бюджета. Но тогда владельцам конфиденциальной информации станет очевидна необходимость повышения «своей уве-
ренности в мерах безопасности продукта или системы ИТ».
По мнению авторов, задача оптимизации функции полезности U(x) с условием выполнения требований бюджета при
построении систем передачи информации ограниченного
распространения межу различными юридическими лицами
может быть решена в рамках Гражданского Кодекса. Согласно ст. 48 Гражданского Кодекса одним из признаков юридического лица является «организационное единство». Из него
следует, что юридическое лицо обладает соответствующей
устойчивой структурой. Выступление юридического лица как
единого целого обеспечивается тем, что во главе соответствующего образования стоят наделенные весьма определенной
компетенцией органы (подразделения), которые осуществляют внутреннее управление юридическим лицом и действуют
от его имени вовне. При этом функцию «управление» юриди-
Рис. 4. Типовая схема организации применения связной шифраппаратуры на базе криптомаршрутизатора
43
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2009
ческим лицом осуществляет исполнительный орган – коллегиальный или единоличный. Так, например, по меньшей мере,
некорректно будет получить ответ на официальном бланке
юридического лица за подписью не руководителя, а специалиста структурного подразделения. В целях исключения подобных случаев в организационной структуре предусматривается подразделение, отвечающее за организацию переписки с внешними организациями.
При этом порядок прохождения документов и операции, производимые с ними в федеральном органе исполнительной
власти, регламентируются документами [11, 12], инструкцией по делопроизводству, регламентом федерального органа
исполнительной власти, табелем унифицированных форм
документов, положениями о структурных подразделениях,
должностными инструкциями и должностными регламентами. Как правило, документы, направляемые в вышестоящие
органы, федеральные органы представительной и судебной
власти, подписываются руководителем федерального органа
или по его поручению первым заместителем руководителя.
Документы, направляемые подчиненным или другим организациям и гражданам, подписываются руководителем, его
заместителями или руководителями структурных подразделений в соответствии с их компетенцией.
Более подробно остановимся на организации документооборота, содержащего информацию ограниченного распространения.
В соответствии с [13] прием и учет (регистрация) документов,
содержащих служебную информацию ограниченного распространения, осуществляются структурными подразделениями,
которым поручен прием и учет несекретной документации. При
этом документы с пометкой «Для служебного пользования»:
♦♦ печатаются в машинописном бюро. На обороте последнего
листа каждого экземпляра документа машинистка должна
указать количество отпечатанных экземпляров, фамилию
исполнителя, свою фамилию и дату печатания документа.
Отпечатанные и подписанные документы вместе с черновиками и вариантами передаются для регистрации работнику, осуществляющему их учет. Черновики и варианты
уничтожаются этим работником с отражением факта уничтожения в учетных формах;
♦♦ учитываются, как правило, отдельно от несекретной документации. При незначительном объеме таких документов
разрешается вести их учет совместно с другими несекретными документами. К регистрационному индексу документа добавляется пометка «ДСП»;
♦♦ передаются работникам подразделений под расписку;
♦♦ пересылаются сторонним организациям фельдъегерской
связью, заказными или ценными почтовыми отправлениями;
♦♦ размножаются (тиражируются) только с письменного разрешения соответствующего руководителя. Учет размноженных документов осуществляется поэкземплярно;
♦♦ хранятся в надежно запираемых и опечатываемых шкафах
(ящиках, хранилищах).
Таким образом, система передачи информации ограниченного распространения между различными юридическими
лицами должна быть решена минимальным количеством автоматизированных рабочих мест, расположенных только в
подразделении, ответственном за организацию переписки
с внешними организациями. А при организации передачи
информации целесообразность приобретения для каждого автоматизированного рабочего места (почтовой АРМ)
персонального маршрутизатора остается за руководителем
юридического лица. Но при этом необходимо учитывать, что
согласно п. 3 ст. 53 Гражданского Кодекса действия по управлению должны быть осуществлены, во-первых, в интересах
юридического лица, во-вторых, добросовестно и, в-третьих,
разумно. При этом в силу п. 3 ст. 10 Гражданского Кодекса
добросовестность и разумность действий органа предполагается изначально.
Литература
1. РД «Безопасность информационных технологий. Критерии оценки безопасности информационных технологий. Часть
1». Введен в действие Приказом Гостехкомиссии России № 187 от 19.06.02 г.
2. Концепция управления государственными информационными ресурсами./ Рекомендована Правительством Российской Федерации для использования при разработке федеральных программ по формированию общедоступных государственных информационных ресурсов. http://www.elrussia.ru/166776.
3. Положение по аттестации объектов информатизации по требованиям безопасности информации. Утверждено
Председателем Гостехкомиссии России 25.11.1994. – М.: Гостехкомиссия РФ, 1994, с. 22.
4. РД «Временное положение по организации разработки, изготовления и эксплуатации программных и технических
средств защиты информации от несанкционированного доступа в автоматизированных системах и средствах вычислительной техники». Утвержден Председателем Гостехкомиссии России 30.03.1992 г.
5. http://www.rczi.ru/ru/produkts/m484/
6. http://sibpribor.narod.ru/index-41.htm.
7. Владимир Игнатов. Принципы маршрутизации и преобразования IP-трафика в VPN-сети, созданной с использованием технологии ViPNet. http://www.infotecs.ru.
8. Постановление Правительства РФ от 31.12.2004 г. № 896 «Об утверждении перечня средств связи, подлежащих обязательной сертификации». Собрание законодательства РФ, 10.01.2005, N 2, ст. 155.
9. Менгер К. Основания политической экономии. Введение и критический обзор: Пер. с нем. – Одесса, 1903.
10.Маршал А. Принципы политической экономии. т. 1: Пер. с англ. − М.: Прогресс, 1983.
11.Типовой регламент взаимодействия федеральных органов исполнительной власти. Утвержден Постановлением Правительства РФ от 19.01.2005 № 30/ Собрание законодательства РФ, 2005, N 4, ст. 305.
12.Типовой регламент внутренней организации федеральных органов исполнительной власти. Утвержден Постановлением Правительства РФ от 28.07.2005 г. № 452/ Собрание законодательства РФ, 2005, N 31, ст. 3233.
13.Постановлением правительства РФ № 1233 от 03.11.1994 «Об утверждении положения о порядке обращения со служебной информацией ограниченного распространения в федеральных органах исполнительной власти»/ Собрание законодательства РФ, 25.07.2005, N 30 (ч. II), ст. 3165.
44
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
обзор
Портативный детектор нелинейной локации
«БУКЛЕТ-2»
«Буклет-2» является малогабаритным поисковым прибором, предназначенным для обнаружения электронных компонентов, как активных, так и пассивных, замаскированных в различных средах. «Буклет-2» обеспечивает обнаружение приемопередающего оборудования и радиоэлектронных устройств, в том числе таких, как SIM-карты сотовых телефонов, диктофоны и др. Дальность обнаружения – от 10 см до нескольких метров (зависит
от типа обнаруживаемого устройства).
Индикация выявленных радиоэлектронных устройств обеспечивается через
светодиодный индикатор, расположенный на корпусе устройства, либо через
подключаемые наушники.
«Буклет-2» отличается:
•
•
•
•
высоким качеством демодуляции принятого сигнала;
революционным дизайном, малыми габаритами и массой;
высокой эргономикой, мгновенной готовностью к работе;
возможностью использования в качестве досмотрового устройства.
Технические характеристики:
Вид зондирующего сигнала
импульсный, непрерывный
Эффективная излучаемая мощность, Вт
0,5
Чувствительность приемников, дБВт
‑150
Диапазон излучения, МГц
2400
Выбор свободного канала
автоматический
Плотность потока энергии, создаваемая
прибором в направлении излучения, мкВт/см2
не выше 200
Динамический диапазон, дБ
80
Излучающая и приемные антенны
круговая поляризация с коэффициентом
эллиптичности не хуже 1,5
Масса изделия, г
не более 350
Габариты, мм
220×90×90 (30)
Питание
Li-Ion аккумулятор
Время работы в импульсном режиме, ч
~2,5
Время работы в режиме постоянного
излучения, ч
не менее 2
Автоматический контроль разряда батареи
Время подзарядки, ч
2
Диапазон рабочих температур, °С
от ‑10 до +40
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2009
1
ХОРЕВ Анатолий Анатольевич,
профессор, доктор технических наук
КЛАССИФИКАЦИЯ
ЭЛЕКТРОННЫХ
УСТРОЙСТВ ПЕРЕХВАТА
ИНФОРМАЦИИ
Печатаем главы из книги [1]
В статье систематизированы показатели классификации и классификационные признаки для основных видов закладных
устройств. Предложенная классификация позволяет обосновывать требования, предъявляемые к методам и средствам
поиска закладных устройств.
The article systematizes indicators of classification and classification signs for the main types of embedded devices. The proposed
classification allows to justify the requirements for the methods and means of finding embedded devices.
Электронными устройствами перехвата информации называются скрытно внедряемые в места возможного съема информации малогабаритные электронные устройства, предназначенные для несанкционированного съема информации. Такие
устройства часто называют закладными (закладочными) устройствами или просто закладками.
Принципы построения, функционирования и основные характеристики закладных устройств подробно рассмотрены в [1].
В зависимости от вида информации, перехватываемой закладными устройствами, последние можно разделить на акустические, телефонные и аппаратные закладки, а также закладные
телевизионные системы.
Акустические закладки предназначены для перехвата акустической (речевой) информации.
Акустические закладки можно классифицировать по типу датчика, виду исполнения, месту установки, источнику питания,
способу передачи информации и ее кодирования, способу управления и т.д. (табл. 1).
Акустические радиозакладки могут быть построены по принципу классического передающего устройства, включающего как
задающий генератор, так и модулятор. А могут быть построены
по схеме полуактивного устройства типа «аудиотранспондера»
или эндовибратора, в которых роль сигнала задающего генератора выполняет внешнее излучение. Современные закладные
устройства способны не только перехватывать разговоры, ведущиеся в помещениях, но и осуществлять видеозапись.
1
46
Видеоизображения с телевизионных камер могут записываться на цифровые накопители (видеорекодеры) или передаваться
по радиоканалу с использованием специальных видеопередатчиков. Одновременно возможна запись или передача не только
изображений, но и звука. Для передачи информации используются в основном диапазоны VHF, UHF и GHz частот. Наиболее
часто используется диапазон 2,4 ГГц.
Акустические закладки и закладные телевизионные устройства в обычном исполнении (в виде отдельных модулей) могут
скрытно устанавливаться (внедряться) в ограждающие конструкции (например, в стены помещения) и предметы интерьера
(в письменный стол, книжный шкаф и т.п.), технические средства и системы обработки информации (например, в ПЭВМ),
электроприборы (например, в настольную электрическую лампу), радиоприборы (например, в телевизор), вспомогательные
технические средства и системы (например, в датчики охранной и пожарной сигнализации) и т.д.
Камуфлированные закладки, как правило, встраиваются в небольшие по размеру предметы повседневного обихода: вазу,
скоросшиватель, настольные или настенные часы, пепельницу, электронный калькулятор, зажигалку, авторучку, электрическую розетку и т.п. Причем визуально отличить обычный
предмет от камуфлированного под него закладного устройства
практически невозможно.
Телефонными закладками называются закладки, предназначенные для перехвата информации, передаваемой по телефонным
– Московский государственный институт электронной техники (Технический университет), профессор
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
кафедра
Таблица 1. Классификация электронных устройств перехвата акустической речевой информации
(акустических закладок)
№
п/п
Показатель
классификации
Значения
1
Тип датчика
1. Микрофонный.
2. Контактного типа (вибродатчик).
2
Принцип
построения
1. Классические передающие устройства.
2. Полуактивные типа «аудио-транспондеров».
3. Полуактивные типа эндовибраторов.
3
Вид исполнения
1. Обычные (отдельные модули).
2. Камуфлированные.
Место установки
1. В предметах интерьера.
2. В конструкциях здания.
3. В электро-, радиоприборах и электросети 220 В.
4. В телефонных аппаратах, ВТСС и их соединительных линиях.
5
Способ передачи
информации
1. Без передачи информации (перехваченная информация записывается на
специальные цифровые накопители, например, на flash-память).
2. По радиоканалу (радиозакладки).
3. По оптическому каналу в инфракрасном диапазоне длин волн (ИК-закладки).
4. По сети электропитания напряжением 220 В (сетевые закладки).
5. По телефонной линии.
6. По специально проложенной проводной линии.
6
Способ управления
передатчиком
1. Неуправляемые (включение передатчика осуществляется подключением
источника питания).
2. Управляемые системой типа VAS (акустопуском).
3. Дистанционно управляемые.
7
Способ
функционирования
1. Автономные.
2. Использующие для передачи информации сети сотовой связи.
3. Использующие для передачи информации сети беспроводного доступа, например,
Bluetooth, Wi-Fi или WiMAX.
4. Использующие для передачи информации сети АТС (закладки типа «телефонного
уха»).
8
Способ накопления
информации
1. Без накопления.
2. С промежуточным накоплением (с коротким и длительным временем накопления).
9
Способ кодирования
информации
1. Без кодирования информации.
2. С аналоговым скремблированием сигнала.
3. С цифровым шифрованием информации.
Используемый для
передачи диапазон
длин волн
1. LF (НЧ) диапазон (километровые волны).
2. MF (СЧ) диапазон (гектометровые волны).
3. HF (ВЧ) диапазон (декаметровые волны).
4. VHF (ОВЧ) диапазон (метровые волны).
5. UHF (УВЧ) диапазон (дециметровые волны).
6. GHz диапазон (λ < 30 см).
4
10
11
12
Вид используемых
сигналов
Тип источника
питания
1. Простые аналоговые сигналы
(AM, NFM, WFM модуляции).
2. Цифровые сигналы с частотной модуляцией (FSK, FFSK, GMSK).
3. Сложные шумоподобные сигналы с фазовой модуляцией (PSK, BPSK, QPSK и т.п.).
4. Сигналы с псевдослучайной перестройкой несущей частоты (ППРЧ).
5. Сверхширокополосные сигналы (с шириной спектра ΔFc ≥ 500 Мгц) с времяимпульсной модуляцией, фазовой манипуляцией и т.д.
1. От аккумуляторов.
2. От электросети 220 В.
3. От телефонной линии.
4. От соединительной линии системы охранной, пожарной сигнализации, охранного
телевидения, системы контроля и управления доступом и т.п.
5. От внешнего источника радиоизлучения.
47
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2009
линиям связи. Перехваченная информация может записываться
на цифровые диктофоны или передаваться по радиоканалу.
Телефонные закладки можно классифицировать по способу
подключения к линии, виду исполнения, месту установки, источнику питания, способу передачи информации и ее кодирования, способу управления и т.д. (табл. 2). Телефонные закладки используют те же виды сигналов, способы накопления
информации и ее кодирования, что и акустические закладки.
Под аппаратной закладкой обычно понимают электронное
устройство, скрытно устанавливаемое (внедряемое) в техническое средство обработки и передачи информации (ТСПИ) с
целью обеспечить в нужный момент времени утечку информации, нарушение ее целостности или блокирование.
Аппаратные закладки можно классифицировать по типу технического средства, в которые они внедряются, по виду перехватываемой информации, виду исполнения, месту установки,
способу передачи информации и ее кодирования, способу управления и т.д. (табл. 3).
Наиболее часто используются аппаратные закладки, устанавливаемые в автоматизированные системы, построенные на основе средств вычислительной техники. По виду перехватываемой информации такие закладки можно разделить на:
♦♦ аппаратные закладки для перехвата изображений, выводимых на экран монитора;
♦♦ аппаратные закладки для перехвата информации, вводимой
с клавиатуры ПЭВМ;
♦♦ аппаратные закладки для перехвата информации, выводимой на периферийные устройства (например, принтер).
♦♦ аппаратные закладки для перехвата информации, записываемой на жесткий диск ПЭВМ (HDD);
♦♦ аппаратные закладки для перехвата информации, записываемой на внешние накопители (flash-память, CD, DVD, USBнакопители и т.п.).
Аппаратная закладка, как правило, состоит из блока перехвата,
блока передачи информации (или модуля записи информации),
Таблица 2. Классификация электронных устройств перехвата информации с проводных линий связи
(телефонных закладок)
№
п/п
Значения
Вид датчика
1. Телефонный адаптер.
2. Магнитная антенна.
2
Способ подключения
к линии
1. Последовательное (в разрыв одного провода).
2. Последовательное через индукционный датчик (без нарушения
целостности изоляции проводов линии).
3. Параллельное (с разрывом двух проводов).
4. Параллельное (без разрыва линии).
3
Место установки
1. В корпусе телефонного аппарата или телефонной трубки.
2. В телефонной розетке.
3. В телефонной линии.
4
Способ передачи
информации
1. По радиоканалу.
2. По другой незанятой телефонной линии.
5
Тип источника питания
1. От телефонной линии.
2. От автономных источников питания.
6
Вид исполнения
1. Обычные (отдельные модули).
2. Камуфлированные (в виде телефонной розетки, конденсатора,
микротелефонного капсюля и т.п.).
7
Способ управления
передатчика
1. Неуправляемые (с включением передатчика при снятии трубки
телефонного аппарата).
2. Дистанционно управляемые.
8
Способ накопления
информации
1. Без накопления.
2. С промежуточным накоплением
(с коротким и длительным временем накопления).
9
Способ
кодирования информации
1. Без кодирования информации.
2. С аналоговым скремблированием сигнала.
3. С цифровым шифрованием информации.
10
Используемый для передачи
диапазон длин волн
1. VHF (ОВЧ) диапазон (метровые волны).
2. UHF (УВЧ) диапазон (дециметровые волны).
3. SHF (GHz) диапазон (сантиметровые волны).
Вид используемых сигналов
1. Простые аналоговые сигналы (AM, NFM, WFM модуляция).
2. Цифровые сигналы с частотной модуляцией
(FSK, FFSK, GMSK).
3. Сложные шумоподобные сигналы с фазовой модуляцией (PSK, BPSK,
QPSK и т.п.).
4. Сигналы с псевдослучайной перестройкой несущей частоты (ППРЧ).
1
11
48
Показатель классификации
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
кафедра
блока дистанционного управления (при необходимости) и блока питания.
Блок перехвата подключается к информационным кабелям или
непосредственно к платам блоков СВТ и осуществляет перехват
информационных сигналов, их обработку и преобразование в
вид, удобный для записи или передачи на приемный пункт.
Перехватываемая аппаратными закладками информация может записываться в память закладного устройства (например,
на flash-память) или передаваться на приемный пункт по радиоканалу, электросети 220 В, оптическому каналу (при использовании инфракрасного порта), выделенной линии и т.п.
С использованием системы дистанционного управления осуществляется включение/выключение устройства (запуск программы перехвата информации), включение/выключение режима передачи информации, установка параметров процесса
съема информации и ее передачи.
Таблица 3. Классификация электронных устройств
перехвата информации, внедряемых в средства
вычислительной техники
№
п/п
1
2
Показатель
классификации
Вышел 1-й том книги
доктора технических наук, профессора Хорева А.А.
«ТЕХНИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА ИНФОРМАЦИИ»
(учебное пособие в 3-х томах).
Первый том посвящен техническим каналам утечки
информации.
Книга предназначена для студентов ВУЗов, обучающихся по
специальностям в области информационной безопасности, а
также специалистов, занимающихся вопросами технической
защиты информации.
По вопросам оптового приобретения книги обращайтесь
в Научно-Производственный Центр «Аналитика»
E-mail: info@analitika.info, тел. (495) 585-06-84
По вопросам приобретения единичных экземпляров книги
обращайтесь в редакцию журнала «Спецтехника и связь»
по телефонам 8-495-661-68-57 или 8-916-915-67-41.
Готовится к выходу из печати 2-й том, посвященный способам
и средствам защиты информации от утечки по техническим
каналам.
Значения
Вид перехватываемой
информации
1. Видеоизображение, выводимое на экран монитора.
2. Информация, вводимая с клавиатуры.
3. Информация, выводимая на принтер.
4. Информация, записываемая на жесткий диск компьютера (HDD).
5. Информация, записываемая на внешние накопители (flash-память, CD, DVD, USBнакопители).
6. Информация, передаваемая по каналу связи.
Место установки
1. В корпусе системного блока.
2. Подключаемые к внешним разъемам системного блока (например, USB).
3. Подключаемые в виде переходных элементов в разрыв информационных кабелей,
соединяющих системный блок с оконечными устройствами, например, клавиатурой,
принтером и т.п.
4. В корпусе монитора.
5. В корпусе клавиатуры.
6. В корпусе принтера.
7. В корпусе модема и т.п.
3
Способ передачи
информации
4
Средство передачи
информации
5
Тип источника питания
6
Вид исполнения
7
Способ управления
передатчика
8
Способ накопления
информации
9
Способ кодирования
информации
1. Без передачи информации (перехваченная информация записывается на
специальные цифровые накопители, например, на flash-память).
2. По радиоканалу.
3. По сети 220 В.
4. По выделенной линии.
5. По оптическому каналу.
1. Специальное радиопередающее устройство.
2. ИК-порт.
3. Устройства типа Bluetooth.
4. Устройства типа Wi-Fi, WiMAX и т.д.
1. От низковольтных источников питания технических средств.
2. От сети 220 В.
1. Обычные (отдельные модули).
2. Камуфлированные под типовые элементы электронных устройств.
1. Неуправляемые (с включением передатчика при включении СВТ).
2. Дистанционно управляемые.
1. Без накопления.
2. С промежуточным накоплением
(с коротким и длительным временем накопления).
1. Без кодирования информации.
2. С цифровым шифрованием информации.
Литература
1. Хорев А.А. Техническая защита информации: учеб. пособие для студентов вузов./ В 3-х томах, т. 1. Технические каналы утечки информации. – М.: НПЦ «Аналитика», 2008. – 436 с.
49
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1
АКИМОВ Владимир Николаевич,
кандидат технических наук
2
БАБИН Александр Иванович,
кандидат технических наук, профессор
3
ШОРИН Александр Олегович
РАДИОМОДЕМЫ
ДИАПАЗОНОВ VHF/ UHF
В ЗАДАЧАХ ОХРАНЫ И
МОНИТОРИНГА ОБЪЕКТОВ
В данной статье рассматривается класс узкополосных радиомодемов, используемых при построении радиосетей передачи данных. Предложена классификация выпускаемых в настоящее время отечественных и зарубежных радиомодемов.
Проведен сравнительный анализ основных характеристик радиомодемов. Кроме того, приведены нормативные документы и требования к основным техническим характеристикам РЭС. Материалы статьи позволят разработчикам и
потенциальным пользователям оптимальным образом проектировать системы радиосвязи для решения задач охраны и
мониторинга объектов.
In given article the class of the narrow-band radio modems used at construction of radio networks of a data transmission is considered. Classification of let out domestic and foreign radio modems is offered. The comparative analysis of basic performances of radio modems is carried out. Standard documents and requirements are besides, resulted in the fundamental technical characteristics
of radio modems. Article materials will allow developers and potential users optimum to project radio communication systems for
the decision of problems of protection and monitoring of objects.
Р
адиомодемы – это отдельный класс устройств,
предназначенных для передачи данных по радиоканалу и выполняющих функцию выделенной цифровой линии высокого качества. Они работают на скоростях от 1,2
до19,2 кбит/с и на расстоянии до 50 км. Некоторые модели
поддерживают режимы работы «точка – точка», «точка –
много точек» и режим ретрансляции, что позволяет реализовывать любую конфигурацию сети.
В данной статье рассматривается класс узкополосных радиомодемов, которые используются при построении сетей
сбора данных, не требующих обмена большими объемами
информации, но критичных к оперативности и достоверности ее доставки. Радиомодемы служат для создания надежной транспортной среды при организации автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП), автоматизированных систем коммерческого
учета электроэнергии (АСКУЭ), систем определения местоположения подвижных объектов, систем охраны и т.д.
Узкополосные сети передачи данных широко применяются
в интересах:
промышленных предприятий;
охранной и пожарной сигнализации;
обеспечения безопасности помещений и личности;
контроля состояния окружающей среды;
предприятий топливно-энергетического комплекса;
нефте- и газодобывающей промышленности − для сбора,
обработки, накопления и хранения данных об объемах
производства и дистанционного управления объектами;
♦♦ нефте-, газо- и водопроводов − для контроля потоков,
дистанционного управления насосными станциями и
аварийного их отключения;
♦♦ городских служб ЖКХ;
♦♦ горнодобывающих предприятий;
♦♦ автоматизированного управления на железнодорожном
транспорте;
♦♦ транспортных организаций;
♦♦ задач позиционирования (GPS, ГЛОНАСС).
Системы радиотелеметрии
Радиотелеметрия охватывает вопросы измерения физических величин, характеризующих состояние объектов
– НИРИТ, главный инженер.
– НИРИТ, директор по развитию.
3
– МТУСИ, инженер-программист Научно-исследовательской части.
1
2
50
♦♦
♦♦
♦♦
♦♦
♦♦
♦♦
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
обзор
или процессов, передачи результатов этих измерений, регистрации и обработки полученных данных. К радиосетям
передачи данных (РСПД) радиотелеметрических систем
предъявляются специальные требования:
♦♦ обеспечение работы многоточечных сетей с десятками и
сотнями абонентов;
♦♦ возможность сопряжения с высокоточным измерительным оборудованием (0,5% полной шкалы изменения измеряемой физической величины);
♦♦ передача результатов измерений с высокой доверенностью;
♦♦ применение помехоустойчивых кодов;
♦♦ наличие режимов контроля и коррекции ошибок.
Системы радио-сигнализации
Системы радиосигнализации предназначены для охраны
и мониторинга удаленных объектов с передачей информации по радиоканалу. Среди требований, предъявляемых к
оборудованию систем радиосигнализации, − способность
безотказно выполнять свои функции в условиях помех и
работать от автономных источников питания.
В общем случае системы сигнализации, мониторинга и охраны, как и системы радиотелеметрии, представляют собой
системы сбора и обработки информации.
Классификация узкополосных радиомодемов
Четкой общепринятой классификации радиомодемов не
существует, однако в качестве классификационных критериев можно использовать следующие характеристики оборудования:
♦♦ назначение (область применения);
♦♦ диапазон рабочих частот;
♦♦ выходная мощность радиопередатчика;
♦♦ число рабочих каналов;
♦♦ режимы работы;
♦♦ скорость передачи данных;
♦♦ тип и количество интерфейсов сопряжения с ЭВМ;
♦♦ поддерживаемые протоколы и приложения;
♦♦ климатическое исполнение и температурный диапазон.
Основные характеристики радиомодемов
Назначение (область применения)
Как правило, большинство радиомодемов не являются универсальными. По назначению можно выделить три группы
этих устройств:
1)для систем передачи цифровой информации;
2)для систем радиотелеметрии и телеуправления;
3)для систем радиосигнализации, мониторинга и охраны.
К оборудованию каждой группы предъявляются разные
требования.
Так, для первой группы ключевым параметрами являются
скорость передачи данных, тип и количество интерфейсов
сопряжения, поддерживаемые протоколы и приложения.
Устройства второй группы, помимо названных выше требований, должны поддерживать работу с множеством
абонентов, сопряжение с высокоточным измерительным оборудованием, передачу результатов измерений с
Нормативные документы,
определяющие требования
к оборудованию радиосетей
передачи данных (РСПД)
♦♦ ГОСТ 24375-80. Радиосвязь. Термины и определения.
♦♦ ГОСТ 12252-86. Радиостанции с угловой модуляцией сухопутной подвижной службы. Типы, основные параметры, технические требования и методы измерений.
♦♦ ГОСТ Р 50657-94. Совместимость радиоэлектронных
средств электромагнитная. Устройства радиопередающие всех категорий и назначений народно-хозяйственного применения. Требования к доступным отклонениям частоты. Методы измерений и контроля.
♦♦ ГОСТ Р 50736-95. Антенно-фидерные устройства систем
сухопутной подвижной радиосвязи. Типы, основные параметры, технические требования и методы измерений.
♦♦ Рекомендации МЭС-Р по подвижной сухопутной радиосвязи.
♦♦ Рекомендация МЭС-Р АХ.25 (регламентирует алгоритмы функционирования пакетных радиосетей).
♦♦ Решения ГКРЧ по выделению полос частот для сетей
РСПД (Решение ГКРЧ № 06-18-04-001 от 11.12.2006 г. в
диапазоне 450 МГц)
высокой достоверностью, режим контроля и коррекции
ошибок.
Для радиомодемов двух первых групп очень важен такой
параметр, как время переключения прием/передача, не
всегда указываемое производителями в характеристиках
оборудования.
К радиомодемам третьей группы столь жестких требований не предъявляется, но они должны обладать высокой
помехоустойчивостью и поддерживать длительную работу
от автономных источников питания.
Диапазон рабочих частот
Радиочастоты, используемые оборудованием узкополосных РСПД, лежат в полосах 130 – 174 и 380 – 486 МГц.
Решениями ГКРЧ России для работы ряда моделей VHFи UHF-радиомодемов выделены частоты 148 – 174, 403 −
410, 417 − 422, 433 – 447 МГц. В диапазоне 450 МГц в соответствии с решением ГКРЧ № 06-18-04-001 от 11.12.2006
г. для разработки, производства и модернизации РЭС
фиксированной и подвижной радиосвязи гражданского
назначения, при выполнении ими условия соответствия
технических характеристик РЭС, приведенных в приложении к решению ГКРЧ (табл. 1), оформления отдельных
решений ГКРЧ для каждого конкретного типа РЭС – не
требуется.
На маломощные РЭС (до 10 мВт) не требуется разрешения
на использование частот в полосах частот 433,075 − 434,750
и 446,0 − 446,1 МГц при условии обязательной регистрации
указанных РЭС установленным в Российской Федерации
порядком.
Использование выделенных настоящим решением ГКРЧ
51
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2009
полос радиочастот для применения РЭС фиксированной и
подвижной радиосвязи гражданского назначения должно
осуществляться без оформления отдельных решений ГКРЧ
для каждого конкретного пользователя РЭС при выполнении следующих условий:
♦♦ соответствия технических характеристик РЭС основным техническим характеристикам, указанным в приложении к настоящему решению;
♦♦ применения РЭС, использующих полосы радиочастот
403 − 410 и 417 – 422 МГц, только за пределами зоны радиусом 350 км от центра г. Москвы;
♦♦ при применении РЭС должны быть исключены излучения от передатчиков этих РЭС в полосе частот 406 −
406,1 МГц;
♦♦ при эксплуатации РЭС должна быть обеспечена защита
от помех средств радиоастрономической службы в полосе частот 406,1 – 410 МГц;
♦♦ получение разрешения на использование частот и регистрация указанных РЭС установленным в Российской Федерации порядком.
Выходная мощность передатчика
Именно этот параметр наряду с чувствительностью приемника и характеристиками применяемого антенно-фидерного оборудования определяет дальность связи в конкретных
условиях. Очевидно, что в силу разнообразия сетевых конфигураций и разной удаленности объектов обслуживаемых
систем требования к дальности связи, обеспечиваемой радиомодемами, различны. Поэтому трансивер радиомодема
должен иметь возможность регулировки (программирования) мощности передатчика.
Тип модуляции
Производители радиомодемов выбирают тип модуляции,
руководствуясь критериями скорости передачи данных и
помехоустойчивости. Чаще всего используются разновидности частотной модуляции FSK, FFSK, GFSK и гауссовская
модуляция GMSK.
Число рабочих каналов
В зависимости от наличия синтезатора частот, его возможностей и ширины частотного диапазона радиомодем может
иметь от 1 («Риф Файндер-801» производства компании
«Альтоника») до 1600 (EDL и Pacific Crest) рабочих каналов.
Ширина рабочих каналов
Ширина канала определяется шагом сетки частот и, как
правило, равна 12,5 или 25 кГц. Реже встречаются значения
6,25 и 7,5 кГц. Понятно, что чем уже полоса частотного канала, тем ниже скорость передачи данных. Так, «Satelline» серии 3АS при ширине частотного канала 25 кГц обеспечивает скорость обмена данными 19 200 бит/с, а при 12,5 кГц –
9600 бит/с.
Режим работы
Радиомодемы могут поддерживать следующие режимы работы: пакетный, прозрачный, асинхронный, ретрансляции
или эхо-репитер. Обычно применяются пакетный или прозрачный режимы работы, все четыре режима вместе реализуются не во всех устройствах.
Скорость передачи данных
У современных радиомодемов различают две скоростные
характеристики: скорость передачи данных по радиоканалу и скорость обмена данными по внешнему интерфейсу.
52
Первая составляет от 1200 до 19 200 бит/с, вторая − обычно
задается программно в диапазоне 300 − 38 400 бит/с.
Интерфейс сопряжения
Встроенный порт большинства радиомодемов поддерживает интерфейс RS-232. Однако многие устройства могут работать с двумя интерфейсами, например «Невод-5»
(RS-232, RS-485), и даже с тремя, например «Satelline» серии 3АS. Некоторые радиомодемы имеют встроенный интерфейс 10/100BASE-TX/FX, что позволяет без дополнительных внешних устройств строить сети Ethernet/Internet
и подключать в такую радиосеть банкоматы, WEB-камеры
и любые другие устройства, работающие только по протоколам TCP/IP. Интерфейс 10/100BASE легко добавляется,
установкой платы расширения в корпус радиомодема (например, «Интеграл 400»).
Основные протоколы и приложения, используемые
радиомодемами
Наряду с указанием протоколов и приложений некоторые производители включают в техническую документацию список контроллеров, совместимых и применяемых
с выпускаемыми ими же радиомодемами. Радиомодем со
встроенным контроллером является интеллектуальным
устройством. Он выполняет множество функций и имеет
свою систему команд, позволяет подключать персональный
компьютер. Компьютер в этом случае может выполнять
ряд сервисных функций, записывать в память принятую
информацию, подготавливать к передаче данные, вести
базы данных, журналы учета и т.д. Для совместной работы
радиомодема и компьютера последний необходимо перевести в режим терминала с помощью любой из доступных
терминальных программ. Такие программы существуют
для любых типов компьютеров. Наиболее известными терминальными программами для IBM PC-совместимых компьютеров являются TELIX, PROCOMM, МТЕ, QMODEM и
т.д. Использовать можно любую из них. Существуют и специализированные терминальные программы для пакетной
связи, например, PC-Pacratt − для Windows, Мас-RATT − для
компьютеров Macintosh, COM-Pacratt − для компьютеров
Commodore и ряд других. Продаваемые радиомодемы, как
правило, комплектуются диском с терминальной программой. Сдерживающим фактором применения для радиомодемов всего спектра программного обеспечения, разработанного для обычных модемов, является система команд
управления радиомодема, отличная от набора АТ-команд.
Климатическое исполнение и температурный
диапазон
Если радиомодемы устанавливаются в отапливаемом помещении или термостабилизирующих контейнерах, а
антенно-фидерное оборудование размещается на улице,
внешнее исполнение и рабочая температура устройств не
имеют большого значения. В противном случае важно, чтобы радиооборудование поддерживало работу в широком
температурном диапазоне, как правило, от −40 до +55° С.
Особенности оценки характеристик
радиомодемов
Обычно проектировщиков и потенциальных пользователей
технологических радиосетей передачи данных интересуют
следующие параметры радиомодемов:
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
обзор
Таблица 1. Основные технические характеристики РЭС фиксированной и сухопутной подвижной
радиосвязи гражданского назначения
Наименование
Значение
Полосы частот, МГц
403 – 410;
417 – 422;
433 − 447
Шаг сетки частот, кГц
25;
12,5
Тип станции
аналоговая;
цифровая
Мощность передатчика, Вт, не более:
стационарной, базовой станции
мобильной (возимой) станции
портативной (носимой) станции
60;
20;
5
Относительный уровень побочных излучений передатчика, не более
в соответствии с нормами ГКРЧ на
допустимые побочные излучения
Относительная нестабильность частоты передатчика, не хуже:
стационарной, базовой, мобильной (возимой) станции
портативной (носимой) станции
в соответствии с нормами ГКРЧ на
допустимое отклонение частоты для
радиопередатчиков всех категорий и
назначений
Внеполосные излучения передатчика, не более
в соответствии с нормами ГКРЧ на
допустимые внеполосные излучения
Ширина полосы излучения передатчика (на уровне ‑30 дБ), кГц, не более:
при шаге сетки 25 кГц
при шаге сетки 12,5 кГц
18,8
11,8
Чувствительность приемника при соотношении сигнал/шум 12 дБ
(SINAD), мкВ, не хуже
1,0
Избирательность приемника по соседнему каналу, дБ, не хуже
75
Избирательность приемника по побочным каналам приема, дБ, не хуже
80
Относительная нестабильность частоты гетеродинов приемника, не хуже:
стационарной, базовой, мобильной (возимой) станции
5×10-6
портативной (носимой) станции
7×10-6
♦♦ диапазон рабочих частот − в связи с тем, что у заказчиков обычно уже имеется или оформляется разрешение
на работу в определенных частотах;
♦♦ выходная мощность радиопередатчика;
♦♦ скорость передачи данных;
♦♦ тип и количество интерфейсов сопряжения, а также поддерживаемые протоколы;
♦♦ климатическое исполнение и температурный диапазон.
При оценке параметров оборудования следует обратить
внимание на несколько важных моментов. Выше уже говорилось о необходимости комплексного подхода к выбору выходной мощности передатчика и антенно-фидерного
оборудования. Применение направленных антенн позволяет не только уменьшить мощность передатчика, но и решить
вопрос электромагнитной совместимости благодаря устранению влияния помех вне зоны, определяемой диаграммой
направленности антенн. Время переключения с приема на
передачу иногда отождествляется с «временем атаки» передатчика. Этот, малозначительный на первый взгляд, параметр при частотном переходе радиомодема из режима
«прием» в режим «передача» (что и происходит в пакетном
режиме) может существенно снизить среднюю скорость
обмена данными. Так, если пакет передается за 50 мс и
столько же времени тратится на переключение режимов,
то при заявленной скорости 2400 бит/с средняя скорость
обмена будет вдвое ниже. Строго говоря, «время переключения прием/передача» шире «времени атаки», поскольку
в параметре учитывается время, требуемое на перестройку
синтезатора частот (в многоканальных радиомодемах). Дело
в том, что у радиомодемов, работающих в полудуплексном
режиме или на нескольких каналах (иногда базовый модем
может работать с каждым абонентом на отдельной частоте),
из-за перестройки синтезатора время переключения может
быть выше, чем при работе в симплексном режиме. Диапазон рабочих температур радиомодемов очень важен для
большинства российских пользователей. Некоторые отечественные производители используют для своих радиомодемов импортные комплектующие, соответствующие европейским стандартам, и заявляют при этом нижнюю границу
рабочих температур от ‑40° С. Однако по европейским стандартам для радиоэлектронных компонентов нижнее значение рабочей температуры равно ‑33° С.
53
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2009
Обзор серийно выпускаемых узкополосных
радиомодемов
Основные характеристики радиомодемов отечественного
производства приведены в табл. 2.
описания радиомодемов зарубежного производства приведены в табл. 3. Очевидно, что основные показатели этих модемов аналогичны отечественным. Особенностью является
только расширенный частотный диапазон, в котором они
работают. Во всех модемах используется частотная модуляция. Большая часть модемов имеет прозрачный протокол,
хотя имеется и пакетный режим. Сведения об использовании помехоустойчивых кодов не приводятся.
В настоящее время у отечественных пользователей востребованы в основном три группы радиомодемов:
1. Радиомодемы первой группы обладают следующими характеристиками:
♦♦ выходная мощность передатчика 1 – 15 Вт;
♦♦ высокая (19 200 бит/с) скорость передачи данных;
♦♦ малое (до 15 ) время переключения «прием/передача»;
♦♦ помехоустойчивые виды модуляции;
♦♦ поддержка режимов работы с коррекцией ошибок;
♦♦ совместимость с большинством типов современных протоколов, применяемых в телеметрических системах;
♦♦ совместимость с контроллерами, работающими с SCADAприложениями;
♦♦ возможность выполнения сервисных операций в полевых условиях;
♦♦ возможность подключения по двум и более распространенным интерфейсам;
♦♦ высокая надежность;
♦♦ широкий температурный диапазон (от ‑40 до +70° С).
Конструктивное исполнение должно позволять использовать эти устройства без дополнительной пыле- и влагозащиты. Радиомодемы данной категории могут применяться
для решения любых задач, перечисленных в начале этого
обзора. Стоимость таких устройств довольно высока: от
1500 до 3000 долл. США.
К этой группе можно отнести радиомодемы «Integra»,
GM3ххDATA, «Satelline» серии 3АS, EDL. Радиомодем «Интеграл 400» («Integral 400») имеет выигрыш по стоимостным характеристикам, не уступая в технических характеристиках.
2. Радиомодемы второй группы имеют следующие характеристики:
♦♦ выходная мощность передатчика не ниже 1 Вт;
♦♦ скорость передачи данных не ниже 4800 бит/с;
♦♦ помехоустойчивые виды модуляции;
♦♦ совместимость с большинством типов современных протоколов, применяемых в телеметрических системах;
♦♦ возможность выбора типа интерфейса;
♦♦ высокая надежность;
♦♦ пыле- и влагозащищенное исполнение;
♦♦ широкий температурный диапазон (от ‑40 до +70° С).
Этот класс модемов может применяться для передачи цифровой информации в АСУ ТП, работы в системах радиотелеметрии (для сбора измерительной, но не телеметрической информации), в радиосетях систем сигнализации, мониторинга и охраны. Устройства этого класса не отвечают
требованиям, предъявляемым к радиотелеметрическому
54
оборудованию. Цена модемов варьируется от 800 до 1200
долл. США.
В эту группу входят «Заря-ТМ232», «Satelline» серии 2AS,
«Гранит P23-АЦ.06», SD-125FSK/CTSS. Некоторые производители в качестве устройств этой категории предлагают
радиостанции диапазонов VHF/UHF(обычно российского
производства или Motorola) с внешним или внутренним
контроллером (модемом) собственной разработки.
3. Радиомодемы третьей группы обеспечивают:
♦♦ выходную мощность передатчика 0,01 – 0,1 Вт;
♦♦ скорость передачи данных 1200 – 4800 бит/с;
♦♦ возможность выбора типа интерфейса;
♦♦ работу в широком диапазоне температур (от ‑40 до
+70° С).
Оборудование данной категории применяется в основном
для передачи цифровой информации в АСУ ТП, радиосетях
систем сигнализации, мониторинга и охраны, не требующих работы радиооборудования на большой (свыше 1 км)
дальности. На такой же дальности их можно использовать
для сбора измерительной информации. Важное достоинство РЭС данного класса мощностью не более 10 мВт: не
требуется их регистрация в органах Россвязькомнадзора.
Ценовой диапазон – от 400 до 800 долл. США.
Из приведенных в табл. 2 к этой группе относится радиомодем «Невод-5».
Во всех категориях модемов заказчиков интересуют возможности выбора диапазона трансивера (VHF/UHF), самостоятельного программирования уровня выходной мощности передатчика, выбора канала и режима работы (полудуплекс или симплекс).
Заключение
Сегодня на рынке представлен достаточно широкий спектр
радиомодемов различного назначения для решения задач
охраны и мониторинга объектов. Потенциальные пользователи смогут найти устройства, позволяющие оптимальным образом решить задачу построения систем связи для
современных АСУ и технологических радиосетей передачи
данных.
Радиомодем «Интеграл 400» выделяется из отечественного
и зарубежного ряда узкополосных радиомодемов, превосходя их как по своим техническим параметрам, так и по
стоимостным характеристикам.
ЗАО «НИРИТ» разработал и производит линейку узкополосных радиомодемов «Integral 400» («Интеграл 400»),
предназначенных для передачи цифровых данных по радиоканалу, которые по параметрам радиотракта и функциональным характеристикам не уступают, а по некоторым
характеристикам даже превосходят известные зарубежные аналоги.
Основные области применения: телеметрия, дистанционное управление подвижными и стационарными объектами,
резервирование ответственных проводных систем связи,
передача зашифрованной речи с помощью встроенного вокодера, системы охраны объектов, системы мониторинга
и определения местоположения подвижных объектов, передача конфиденциальной информации в общедоступном
радиоканале.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
обзор
Фото 1. Новая версия радиомодема «Интеграл 400»
Фото 2. Модификация «Микро» радиомодема
«Интеграл 400»
Преимущества радиомодема «Интеграл 400»
♦♦ Встроенный специализированный приемопередатчик
имеет малое время доступа к радиоканалу – 7 мс, что позволяет строить радиосистемы, для которых важным критерием является минимальное время доставки информации. Модем обеспечивает асинхронный обмен данными
на скоростях 19 200 или 9600 бит/с в каналах с шагом сетки
радиочастот 12,5 кГц.
♦♦ Радиомодем поддерживает работу основных промышленных протоколов.
♦♦ Радиомодем имеет встроенный интерфейс 10/100BASE-TX/
FX, что позволяет без дополнительных внешних устройств
строить сети Ethernet/Internet и подключать в такую радиосеть банкоматы, WEB-камеры и любые другие устройства, работающие только по протоколам TCP/ IP. Интерфейс
10/100BASE легко добавляется установкой платы расширения в корпус радиомодема.
♦♦ Встроенная диагностика позволяет в реальном масштабе
времени полностью контролировать состояние радиомодема. Управление модемом и получение диагностики осуществляется через дополнительный порт SETUP удобной
графической программой, работающей под операционной системой Windows, которая входит в комплект поставки. Программа позволяет осуществлять циклический опрос
всех доступных в сети радиомодемов «Integral 400», отображение полученных данных и циклическое сохранение диагностики в базе данных, обновление ПЗУ программы модема. С помощью программы возможно полное удаленное и
локальное конфигурирование и управление радиомодемами, отображение и сохранение трафика радиосети с вре-
менными параметрами передаваемых пакетов с точностью
до миллисекунд, а также получение информации о взаимных приемных уровнях между всеми станциями в сети.
♦♦ Радиомодем поддерживает работу с управлением по RTS и
в режиме DOX (data-activated transmit), не требующем использования сигнала RTS для управления потоком, а именно: передача инициализируется поступлением данных на
порт радиомодема. Имеется большой встроенный буфер для
передаваемых данных от 14 до 28 кбайт (зависит от режима
работы), а в случае если поток данных от терминального устройства существенно превышает скорость передачи в радиоканале, осуществляется управление сигналом CTS.
♦♦ Радиомодем поддерживает протокол NMEA и позволяет напрямую подключать GPS приемник к радиомодему. На базе
радиомодемов «Integral 400» реализована система слежения
и мониторинга подвижных объектов. Программное обеспечение позволяет отображать в реальном времени местоположение движущихся объектов, а также запись и последующий просмотр маршрутов движения.
♦♦ Для уменьшения влияния случайных импульсных помех
имеется возможность включить помехоустойчивое кодирование с динамическим интерливингом. Модем кодирует
и перемежает информацию динамически в зависимости от
размера предаваемых данных. При этом потери на кодирование минимальны, не меняются от размера передаваемых
блоков и составляют 10% от скорости передачи.
♦♦ Радиомодем имеет встроенную функцию оценки правильности переданных данных. Для этого используется стандартный циклический код CRC-32 (Cyclic Redundancy Code).
♦♦ Приемный тракт радиомодема имеет повышенную перегрузочную способность, что позволяет обеспечить устойчивую
передачу данных на близких расстояниях.
♦♦ Возможны различные варианты исполнения:
♦♦ для использования в жестких климатических условиях с
температурой эксплуатации от ‑40 до +70° С, с полным покрытием плат лаком;
♦♦ модель, допускающая синусоидальные вибрации и механические удары многократного действия («Integral 400М»,
«Интеграл 400М»).
♦♦ миниатюрная модель – микрорадиомодем с пониженным
режимом энергопотребления и режимом сна, с типичным
потреблением 40 мкА и малыми габаритами («Integral 400P»,
«Интеграл 400P»).
Новая версия радиомодема «Интеграл 400» объединяет на
одной плате: радиомодем, сетевой контроллер, вокодер речевой информации, встроенный интерфейс 10/100BASE-TX/
FX. Радиомодем имеет дополнительные порты для работы
оконечных устройств, места для установки в корпусе радиомодема (по отдельным заказам) плат радионавигации ГЛОНАСС/GPS, видеоадаптеров и др.
Модификация «Микро» радиомодема «Интеграл 400»
идеально подходит для систем охраны, обеспечения
безопасности помещений и личности, систем определения
местонахождения расконвоированных заключенных и т.п.
При мощности 100 мВт обеспечивается радиосвязь 400 –
1000 м. Особенностью микрорадиомодема является малое
энергопотребление (в «спящем режиме» порядка 100 мкА),
что позволяет ему обеспечивать длительную работу (не
менее одного года) с автономными источниками питания.
55
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2009
Таблица 2. Характеристики радиомодемов отечественного производства
Наименование радиомодема
(производитель)
56
Рабочий
диапазон частот,
МГц
Вид
модуляции
Скорость
передачи в эфире
(обмена данными),
бит/с
Протокол в эфире
Выходная
мощность
«Пульсар»
(НПП«Тепловодохран»,
г. Рязань)
433,92 ± 0,2%;
433 − 434
FSK
1200 – 19 200
(38 400)
прозрачный
10 мВт
«Невод-5»
(ЗАО «Геолинк»,
г. Москва)
433,92 ± 0,2%;
433 − 450
(8 р/каналов)
FSK
1200 − 9600
(19 200)
прозрачный,
пакетный
10 мВт
«Спектр 433»
(ООО «Ратеос»,
г. Москва, Зеленоград)
433,92 ± 0,2%;
433,05 − 434,79
FSK
1200 – 19 200
(38 400)
прозрачный,
пакетный,
ретранслятор
10 мВт
«Спектр 48 MSK »
(ООО «Ратеос»,
г. Москва, Зеленоград)
433,92 ± 0,2%;
433,05 − 434,79
MSK
1200;
2400;
4800;
прозрачный,
пакетный,
командный
5 – 10 Вт
голосовая
р/станция
«Спектр 9600GM»
(ООО «Ратеос»,
г. Москва, Зеленоград)
401 – 406;
412 − 427;
433 − 447;
450 − 469
GFSK
4800;
9600
(14 400;
19 200)
прозрачный,
пакетный,
ретранслятор
0,25 − 3,5 Вт
«Интеграл 400»
«Integral 400»
(ГОУ МТУСИ,
ЗАО «НИРИТ»,
г. Москва)
401 – 406;
412 – 417;
422 – 427;
433 – 450;
453 – 460;
463 – 469;
470 − 486
GMSK
9600 или 19 200
(9600 − 11 5200)
прозрачный,
пакетный,
IP (TCP/IP),
ретранслятор
100 мВт;
до 5 Вт;
10 Вт;
15 Вт;
25 Вт
«Integral-R»
(ООО «Телеметрия БТТ», г.
Москва)
136 − 174;
401 − 469;
GMSK
2400 – 19 200
прозрачный,
пакетный,
ретранслятор
1 – 5 Вт
«Интеграл-433/2400»
(ООО «Интеграл+»,
г. Казань)
433,92 ± 0,2%;
433 − 434
FSK
1200 − 2400 (9600)
пакетный
1,5 – 100 мВт
«Интеграл-433/4800»
(ООО «Интеграл+»,
г. Казань)
433,92 ± 0,2%;
433 − 434
FSK
1200 − 4800
(19 200)
пакетный
1,5 – 100 мВт
«Интеграл-450/2400»
(ООО «Интеграл+»,
г. Казань)
403 − 470
FFSK
1200 − 4800
(19 200)
пакетный
(адресный),
ретранслятор
2, 5 Вт
«Гамма-433»
(ООО «Радиосистемы»,
г. Ижевск)
433,92 ± 0,2%;
433 − 434
GMSK
1200 – 19 200
прозрачный,
пакетный,
эхо-репитер
10 мВт
«Гамма-4151»
(ЗАО «ИНСАТ»,
г. Москва)
433,92 ± 0,2%;
433 – 450
(8 р/каналов)
GMSK
1200 − 9600
прозрачный,
пакетный
10 мВт
«РМ-433»
(СКБ «Промавтоматика»,
г. Москва, Зеленоград)
433,92 ± 0,2%;
433 − 434
2-уровневая
FSK
1200 – 19 200
(38 400)
прозрачный,
пакетный,
ретранслятор
«Сократ»
(ОАО «Завод «Автоприбор»,
г. Владимир)
146 − 174;
420 − 430;
433 − 434;
460 − 470
GMSK,
DQPSK 1/4
1200 – 19 200
(28 800)
прозрачный,
ретранслятор,
адаптивный
(ПЛИС)
1 – 5 Вт
«РИФ ФАЙНДЕР-801» (ООО
433,92 ± 0,2%;
«Альтоника»,
433 − 434
г. Москва)
FFSK
1200
прозрачный,
эхо-репитер
10 мВт
«Гранит-РМ»
(ЗАО «Сантэл, г. Москва)
МSK
2400;
4800
прозрачный,
пакетный
1 – 5 Вт, р/ст
«Гранит Р-302»
433,92 ± 0,2%;
433 − 434
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
обзор
Продолжение таблицы 2
«Гранит-Р-43 АЦ»
(ЗАО «Сантэл, г. Москва)
146 − 174
FSK
1200;
2400;
4800
прозрачный,
пакетный
1 – 5 Вт
«Радиомодем RS232»
(БГТУ, г. Минск, Беларусь)
403 − 470;
810 − 940
GMSK
19 200
прозрачный,
пакетный
5 – 20 мВт
«Контакт-УТ-322»
(ООО «УралТелеком»,
г. Пермь)
433,92 ±
0,2% или к
радиостанции
FFSK;
GMSK
1200;
2400;
4800
пакетный
10 мВт
р/ст. 1 – 5 Вт
«МОСТ-М»
(Ижевский радиозавод, ТД,
г. Ижевск)
146 − 174;
450 − 470
GMSK
1200 − 9600
прозрачный,
пакетный
5, 10, 20 Вт
«РМ201»
(ООО «НПФ «РИТМ»,
г. Краснодар)
146 − 174
GMSK
1200;
2400;
4800
прозрачный,
пакетный
1, 2, 5 Вт
«СИГНАЛ»
(ООО «НавГеоКом»,
г. Москва)
146 − 174
GMSK
1200;
2400;
4800
прозрачный,
пакетный
1, 2, 5 Вт
«ЭРИКА-9600»
(ЗАО «Уральские
радиостанции», г. Ижевск)
433,92 ± 0,2%;
433 − 434
FFSK
2400;
4800;
9600
прозрачный,
пакетный
10 мВт
«Альтавия-110М»
(г. Новосибирск)
146 − 174
GMSK
1200;
2400;
4800
прозрачный,
пакетный
1, 2, 5 Вт
«Заря-ТМ232/450»
(Государственный
433,92 ± 0,2%;
Рязанский приборный завод, 390 − 486
ГРПЗ)
FSK;
ВPSK
1200;
2400;
4800
прозрачный,
пакетный
0,01 − 2,5, 10 Вт
«PMД-400»
(ООО «МАРС»,
г. Екатеринбург)
FSK
1200 − 4800
прозрачный,
пакетный
10 мВт
433,92 ± 0,2%
Таблица 3. Характеристики радиомодемов зарубежного производства
Наименование радиомодема
(производитель)
Рабочий
диапазон
частот, МГц
Вид
модуляции
«T-96SR», «T-96SR/F»
(DataRadio, Канада)
132 – 174;
380 – 512;
928 − 960
DRCMSK
«Integra-TR»
(DataRadio, Канада)
132 – 174;
380 − 512;
928 − 960
DRCMSK
«Integra-Н»,
«HiPR-900»
(DataRadio, Канада)
902 − 928
DRCMSK
«T-Base/R», «Т-Base/H»
(DataRadio, Канада)
«I-Base/R», «I-Base/H»
(DataRadio, Канада)
«GeminiPD+»
(DataRadio, Канада)
132 – 174;
380 – 512;
928 − 960
132 − 174;
380 − 512;
928 − 960
403 − 460;
450 − 512
DRCMSK
DRCMSK
DGMSK;
SRRC4FSK
Скорость
передачи
информации,
бит/с
4800;
9600;
19 200
2400;
4800;
9600;
19 200
прозрачный,
пакетный,
1−5
ретранслятор
0,35 мкВ для
соотношения
с/ш 12 дБ
прозрачный,
IP (TCP/IP),
1–5
ретранслятор
0,35 мкВ для
соотношения
с/ш 12 дБ
9600 – 25 600
прозрачный,
IP (TCP/IP)
4800;
9600;
19 200
4800;
9600;
19 200
до 32 000
Тип
протокола
Выходная
мощность
передачи,
Вт
0,1 − 1
прозрачный,
пакетный,
1−5
ретранслятор
прозрачный,
пакетный,
1−5
ретранслятор
прозрачный,
пакетный,
10
ретранслятор
Чувствительность
приема
0,35 мкВ для
соотношения
с/ш 12 дБ
0,35 мкВ для
соотношения
с/ш 12 дБ
0,35 мкВ для
соотношения
с/ш 12 дБ
‑116 дБм для
соотношения
с/ш 12 дБ
57
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2009
Продолжение таблицы 3
58
«Gemini3G»
(DataRadio, Канада)
403 − 460;
450 − 512
SRRC4FSKS;
RRC8FSK;
SRRC16FSK
32,0; 48,0 или
57,6 кбит/с
прозрачный,
пакетный,
10 − 40
ретранслятор
‑98…‑110 дБм
«GM3DATA»
«MotoTRBO»/TDMA/
(Motorola, США)
136 − 174;
403 − 470
GMSK
9600
прозрачный,
GPS(NMEA),
IP (TCP/IP)
EIA 12 дБ
SINAD;
<0,22 мкВ
«MDS SD4»
(GE MDS, Motorola,США)
330 − 400;
400 − 450;
450 − 512
CPFSK
9600;
19 200
прозрачный,
0,1 − 5
ретранслятор
«MDS 1710 А, С»,
«MDS 4710 А, С»
(GE MDS, Motorola,США)
132 − 174;
330 − 512
CPFSK
9600;
прозрачный,
19 200
0,1 5
ретранслятор
(110 – 38 400)
«MDS TransNet 900»
(GE MDS, Motorola,США)
902 − 928
CPFSK
9600 – 11 5200
прозрачный,
пакетный
0,1 − 1
‑108 дБм;
BER 1×10-6
«PDLRXO™»
(Pacific Crest Co, Канада)
450 − 470
GMSK;
GMSK;
4 Level FSK
4800;
9600;
19200
прозрачный,
пакетный
0,1 − 5
<0,22 мкВ;
12 дБ SINAD
« PDL™», «EDL»
(Pacific Crest Co, Канада)
450 − 470
GMSK;
GMSK;
4 Level FSK
4800;
9600;
19 200
прозрачный
0,1 − 2
‑110 дБм;
BER 10 − 5
«RFM96»
(Pacific Crest Co, Канада)
136 − 174;
400 − 512
GMSK;
GMSK
4800;
9600
прозрачный
2 − 35
‑100 дБм;
BER 10 − 5
«SD125»
(Maxon, США)
148 − 174;
400 − 430;
440 − 470
FSK или
CTCSS
1200 − 9600
прозрачный,
пакетный,
1−5
ретранслятор
0,25 − 0,35 мкВ;
12 дБ SINAD
«SD160, SD170»
(Maxon, США)
148 – 174;
450 − 490
FSK или
FFSK
4800;
9600
прозрачный,
пакетный,
1−5
ретранслятор
0,25 мкВ;
12 дБ SINAD
«DM70 DataMax»
(Maxon, США)
147 − 174;
400 − 430;
439 − 470
FSK или
FFSK
1200;
2400
прозрачный,
пакетный,
1−5
ретранслятор
<0,28 мкВ;
12 дБ SINAD
«Satelline-2ASc»
(SATEL, Финляндия)
400 − 470
GMSK
300 − 4800
прозрачный,
пакетный
<0,22 мкВ;
12 дБ SINAD
«Satelline-2ASхЕ»
(SATEL, Финляндия)
380 − 470
GMSK
1200 − 9600
прозрачный,
пакетный,
1 − 10
ретранслятор
<0,22 мкВ;
12 дБ SINAD
«Satelline-3ASd»
(SATEL, Финляндия)
400 − 470;
869,4 – 869,65
GMSK
1200 − 19 200
прозрачный,
1 − 10;
пакетный,
0,1 − 1
ретранслятор
<0,22 мкВ;
12 дБ SINAD
«Trimmark 3»
(Pacific Crest Co, Канада)
430 − 470;
4 канала
по 10 МГц
CPFSK
4800 – 115 200
прозрачный,
пакетный
2, 10 и 25
‑108 дБм;
BER 1×10-6
Trimtalk 450S
(Trimble, США)
430 − 470
CPFSK
4800 – 115 200 прозрачный
2 − 10
‑108 дБм;
BER 1×10-6
«TS-4000»
(Teledesign, США и
Канада)
136 − 174;
380 − 512
GMSK
300 − 19200
прозрачный
5
‑104 дБм;
BER 1×10-6
«CDA 70»
(Conel, Чехия)
136 − 174;
403 − 470
FFSK;
GMSK
21 700;
10 800
прозрачный,
пакетный,
0,01 − 5
ретранслятор
‑114 дБм;
12 дБ SINAD
«DFM 10R»
(Digades, Германия)
433,25 − 434,60
GMSK
1200 − 9600
пакетный
‑108 дБм;
BER 1×10-6
1 − 25
1−5
10 мВт
<0,22 мкВ;
12 дБ SINAD
<0,22 мкВ;
12 дБ SINAD
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ПОЛЯКОВ1 Владимир Тимофеевич,
кандидат технических наук, доцент
NVIS — техника ближней
связи на КВ
В статье рассказано о способе КВ-радиосвязи, использующем почти вертикальное падение волн на ионосферный
отражающий слой (NVIS). Способ пригоден для расстояний 40 – 400 км, слишком больших для УКВ-связи, но малых для
дальней КВ-связи. Ключевыми моментами в организации связи оказываются выбор рабочей частоты и использование
довольно простых антенн зенитного излучения.
In this article there is told about HF radio communication using Near Vertical Incidence Skywave, or NVIS radio-wave propagation
method. The way is suitable for distances 40 – 400 km, too greater for VHF, but too small for DX HF communications. The key points
in the organization of communication appear a choice of working frequency and use simple aerials for zenith radiation.
актуальная задача
С
тало почти аксиомой, что на коротких волнах (КВ) стремятся проводить как можно более дальние связи, на тысячи километров, поднимая
повыше антенны и используя все другие средства,
чтобы прижать главный лепесток излучения к горизонту, и получить касательное отражение волн от
ионосферы.
В то же время существует насущная необходимость
установления связи внутри региона, с ближайшими
населенными пунктами, экспедициями, поисковыми
и разведовательными партиями и т. д. Местная связь
особенно необходима во время стихийных бедствий и
других чрезвычайных ситуаций (ЧС). Телефонная сотовая связь покрывает лишь небольшую часть территории страны, а ее базовые станции, без которых она
не может функционировать, выходят из строя при ЧС
чуть ли ни первыми. Дальность действия УКВ-радиостанций ограничена дальностью прямой видимости,
то есть первыми десятками километров, и еще сильнее
нарушается экранирующим действием хребтов в горных районах. Спутниковая связь пока все еще дорога
и мало доступна. Таким образом, диапазон дальностей
1
порядка 40…400 км оказался почти недоступен для современных КВ и УКВ средств связи.
Для таких связей прижатый к горизонту максимум излучения антенны совсем не оптимален и даже вреден.
А если к этому добавить неподходящий выбор диапазона, ближние корреспонденты вообще могут оказаться в
мертвой зоне, характерной для распространения КВ.
возможное решение
В последние годы возрос интерес к технике связи,
названной NVIS − Near Vertical Incidence Skywave
propagation (NVIS обычно произносится как нэ-вис).
Эта техника предусматривает работу пространственной
волной, падающей на ионосферный слой почти
вертикально, и отражающейся тоже почти вертикально
вниз, создавая значительную напряженность поля на
небольших расстояниях (десятки − сотни километров)
от передатчика.
Первыми использовали такой тип распространения
волн, по-видимому, английские и немецкие военные
в целях тактической связи на КВ [1] в 1943 − 44 гг.
– Профессор кафедры телекоммуникаций и систем связи РОСНОУ
59
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2009
Рис. 1
Рис. 2
С равным успехом и, вероятно, еще раньше его
применяли советские партизаны на оккупированных
фашистскими войсками территориях для связи
через линию фронта. Не случайно во всех странах
диапазон частот 2...8 МГц часто называют «военным».
Указанный диапазон также широко используют
спасатели, пограничники и береговая гвардия, то есть
службы, аналогичные нашей МЧС. Этот вид связи
незаменим там, где расстояния не так уж и велики, но
дальности действия обычных УКВ-радиостанций уже
не хватает.
Большую работу по исследованию NVIS на о. Цейлон
с привлечением местных радиолюбителей провел
английский
коротковолновик
G3BGL/VS7PS
в
начале 50-х гг. прошлого века. Его результаты
были использованы при организации тропической
радиовещательной службы в диапазонах 120, 90, 60, 49,
41 и 31 м. В последующие годы неоднократно появлялись
публикации по использованию NVIS для целей ближней
радиосвязи.
60
Из теории распространения радиоволн известно, что
ионизированные слои полностью характеризуются
высотой максимума электронной концентрации h и
критической частотой fкр − максимальной частотой отражающейся волны при вертикальном зондировании
(рис. 1). Критическая частота зависит только от электронной концентрации в слое и определяется простой
формулой:
f2кр = 80,8 N, где N − число электронов в 1 м3.
Так, например, если в летний полдень концентрация
электронов в слое Е достигла 1012 электронов/м3, то
fкр = 9×106 Гц или 9 МГц.
При увеличении частоты сигнала вертикально
падающие волны перестают отражаться, но полого
падающие волны еще отражаются. При этом вокруг
передатчика образуется «мертвая зона», в которой
сигнал не слышен. На больших же расстояниях сигнал
может быть достаточно сильным. Максимально
применимая частота (МПЧ) − та, при которой еще
отражаются волны, посланные антенной передатчика
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
обзор
в направлении на горизонт. На частотах выше МПЧ
слой вообще перестает отражать волны, посланные с
поверхности земли, и они уходят сквозь ионосферу в
Космос. МПЧ обычно в несколько раз выше fкр. Связь
тоже очень простая:
(МПЧ/fкр)2 = 1 + R/2h, где R − радиус Земли (6300 км).
Для вышеприведенного примера, если h = 90 км, то
МПЧ = 2,5fкр или 22,5 МГц. В этих условиях сильной
дневной ионизации для NVIS-связей подойдет диапазон
7 МГц, а для дальних связей – 21 МГц.
Из нашего краткого рассмотрения ясно, что для NVIS
пригодны волны с частотами ниже критической. А
насколько ниже? Здесь надо учитывать поглощение
волн в ионосфере. Теория говорит, что поглощение в
ионосфере увеличивается с понижением частоты. Так,
например, средние волны днем полностью поглощаются
слоем D (h = 70 км), критическая частота которого
недостаточна для отражения, и волне приходится
дважды его пронизывать при отражении от слоя Е
(h = 90...120 км, ночью выше). Таким образом, для
уменьшения поглощения надо выбирать частоту как
можно ближе к fкр, но немного ниже ее.
Критические частоты слоя Е и вышележащего слоя
F (h = 200...250 км) очень сильно зависят от времени
суток, времени года и солнечной активности. Все эти
факторы определяют электронную концентрацию в
слое, а, следовательно, и fкр. Так, например, расчеты,
проведенные американскими радиолюбителями для
трассы Сакраменто−Рено на западном побережье
США, показывают, что критические частоты могут
Рис. 3
Рис. 4
61
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Спецтехника и связь № 1 2009
ООО «ВАРУС»
Широкий спектр услуг
по защите информации
изменяться от 2 до 14 МГц. Чаще же всего они лежат
в области 2...7 МГц, понижаясь ночью и возрастая
днем.
Требования к антеннам и примеры их
выполнения
Антенны для NVIS, в шутку называемые «нагревателями
облаков», должны излучать преимущественно вверх.
Они очень плохо подходят для дальних связей, зато
создают повышенную напряженность поля в ближней
зоне, на расстояниях от 30 (где прямая поверхностная
волна уже затухает) до 500 км. Оптимальная ДН NVISантенны показана на рис 2.
Хорошие результаты дают горизонтальный диполь и
Inverted V, расположенные на высоте 0,1...0,15 λ над
землей. Земля в этом случае служит естественным и
довольно неплохим рефлектором, направляя излучение
вертикально вверх. Входное сопротивление полуволнового диполя, расположенного горизонтально и невысоко над землей, заметно понижается, и надо подумать о
его согласовании.
В ряде случаев на сухой земле и на скальных грунтах
можно вообще не поднимать антенну, расстелив ее
просто по земле. Потери при этом, конечно, больше, но
в экстренных ситуациях, когда речь идет хоть о какойто связи, по сравнению с ее полным отсутствием, это
может оказаться радикальным выходом из положения.
Другой вариант, предложенный военными, состоит в
использовании штатной штыревой антенны со своим
согласующим устройством, которыми оборудовано
транспортное средство. Антенну просто отгибают в
сторону любыми подручными средствами (рис. 3), например, с помощью синтетической (хорошо изолирующей) веревки [2].
Подобный вариант использует и другой американский любитель, назвавший свой луч «Roadside antenna»
62
(антенна для обочины). Это провод длиной 20 м, разделенный в середине изолятором с перемычкой, оснащенной «крокодилом». Луч он протягивает горизонтально с
крыши джипа, стоящего на обочине, к соседнему дереву. При разомкнутой перемычке 10 м провода образуют
четвертьволновый вибратор в диапазоне 40 м. Для работы в диапазоне 80 м перемычку замыкают. В диапазоне 160 м в точке питания (на крыше джипа) включают
удлиняющую катушку. Полагают, что две тонны автомобильного металла служат достаточным противовесом
этой четвертьволновой антенне.
Радиолюбитель-коротковолновик СО2КК усовершенствовал антенну для NVIS, применив петлевой полуволновой диполь, изогнутый в виде Inverted V. Под диполем
на высоте около 1 м над землей протянут проволочный
рефлектор, длина которого увеличена на 5% относительно диполя. Он уменьшает потери в земле и увеличивает направленность антенны вверх. Расстояние от
центра диполя до рефлектора 0,15...0,2 λ, расстояние от
концов диполя до рефлектора 0,1 λ.
Подобные же варианты дипольных антенн с рефлектором, пригодных для NVIS-связей, показаны на рис. 4, 5.
И в заключение приведем рисунок «Супер Бима» на
диапазон 40 м для NVIS, где использованы петлевой
вибратор и целых три рефлектора, по всей видимости,
просто расстеленных по земле (рис. 6).
Особый интерес вызывает ссылка [7], где дана фотография прямоугольной рамочной магнитной антенны,
замаскированной под конструктивный элемент багажника на крыше автомобиля (фото 1). В рабочем положении рамку устанавливают вертикально (как на снимке), а в походном − откидывают вбок. Информация о
способах ее согласования не приводится, по-видимому,
из коммерческих соображений.
Фото 1
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
обзор
Рис. 5
Рис. 6
Литература
1. Austin, B.A. Evolution of near vertical incidence skywave communications and the Battle of Arnhem. http://ieeexplore.
ieee.org/xpl/freeabs_all.jsp?tp=&arnumber=997794&isnumber=21521
2. Morrow R., K5CNF. Near Vertical Incidence Skywave Communications. http://www.antennex.com/shack/Jan02/nvis.
html
3. http://www.nviscom.com/
4. http://www.emcomm.org/projects/nvis.htm
5. http://www.hamuniverse.com/nvisbeam.html
6. http://www.hamuniverse.com/supernvis.html
7. http://www.stealth-us.com/
63
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
РАСЦЕНКИ НА РЕКЛАМУ
(в рублях без учета НДС)
Реклама на обложке
2-я стр. обложки
3-я стр. обложки
24 000
22 000
Модульная полноцветная реклама
2×1 (разворот)
1×1
1/2
1/4
1/6
26 000
18 000
10 000
7 000
4 800
Модульная двухцветная реклама
2×1 (разворот)
1×1
1/2
1/4
1/6
20 000
14 000
8 000
5 500
3 800
Рекламная статья
Цена одной полосы
1 полоса
2 полосы
≥ 3 полос
9 000
8 000
6 000
Для рекламных агентств и постоянных рекламодателей предусмотрены скидки.
В стоимость размещения рекламы
входит стоимость журналов
с опубликованной рекламой:
Размеры рекламных блоков (Ш×В мм)
1×1 
Количество
экз.
210×285 мм + по 3 мм под обрез
с каждой стороны
1/2 
184×124 мм
(альбом)
≥ 18 000
5
1/4 
184×65 мм
(горизонтальная лента)
≥ 14 000
4
121×93 мм
(альбом)
90×124 мм
(портрет)
≥ 8 000
3
58,5×124 мм
(вертикальная лента)
< 8 000
2
90×80 мм
(альбом)
Стоимость рекламы
в одном номере, руб.
1/6 
Документ
Категория
Наука и техника
Просмотров
436
Размер файла
18 000 Кб
Теги
спецтехника, 2009, 404, связи
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа