К вопросу о перспективах использования волоконно-оптических средств для охраны периметров
Обозначаем проблемные моменты для заинтересованных заказчиков
Успешный, почти 20-летний опыт применения волоконно-оптических систем охраны под торговым знаком «ВОРОН» (а к настоящему времени это более 1000 км периметров на более чем 200 объектах России, Беларуси и Казахстана) стимулировал появление на рынке многочисленных рекламных предложений (самые современные волоконно-оптические средства охраны), от до сих пор неизвестных производителей. Понимание физической «кухни», на которой готовят продукты для потребления, поможет спасти уважаемых заказчиков от разочарования и потери денег.
В основе практически любых волоконно-оптических периметровых сигнализационных средств лежит фотоупругий эффект в оптическом волокне – локальное изменение показателя преломления света в оптическом волокне, в той его части, где возникают микромеханические напряжения, при воздействии нарушителя на грунт или на заграждение, где расположены кабели-датчики.
Главные «ингредиенты»
Распространяющееся по оптическому волокну световое излучение изменяет свои параметры, а именно фазу и поляризацию. Для выделения изменения фазы в оптике возможен лишь один путь: сложить поля двух световых волн, обязательно рожденных одним источником.
При этом одна волна не должна испытывать внешние воздействия, которые нужно детектировать. Вторая волна как раз должна в полной мере быть промодулированной данным воздействием. Вследствие смешения этих двух волн, изменения фазы и поляризации преобразуются в изменение интенсивности света, распространяющегося по оптическому волокну и поступающего на вход фотоприемного устройства периметровой системы сигнализации.
«Дьявол всегда скрывается в деталях»
Посмотрим на описанную ситуацию более пристально. Оптическое волокно и сам кабель располагаются в грунте или на заграждении, имея естественные микроизгибы, повороты, закрутки вдоль оси и т.д. Если же мы учтем еще и температурные изменения в волокне (например, изменение длины волокна при изменении температуры на 0,1 град. на длине в 100 м меняет фазу сигнала на 10π, то становится понятным, что мы имеем дело с весьма хаотической структурой.
Параметры структуры, а вместе с ними и параметры света, случайным образом изменяются не только вдоль длины кабеля, но и во времени. Для систем охраной сигнализации, которые используют оптический кабель в качестве преобразователя внешних механических воздействий в изменения интенсивности света, это приводит к спонтанному изменению (плаванию) чувствительности сигнализационных средств, вплоть до полной нечувствительности или, как пишут в научных журналах, к появлению фединга (замирания) на случайных участках в непредсказуемое время. Весь драматизм описанного сценария осознали на собственном экспериментальном и натурном опыте специалисты компании «Прикладная радиофизика» еще более 25 лет назад.
В результате длительной теоретической и экспериментальной работы были разработаны различные алгоритмы подавления фединга в системах серии «ВОРОН».
Борьба с «замираниями»
На первом этапе борьбы против явления «замирания» был применен (и продолжает совершенствоваться) метод многопараметрической обработки сигналов на основе обучаемых нейронных сетей. Это позволило подавить «замирание» в средствах «ВОРОН» с кабелем-датчиком типа «В-КДВОТ-01(02)» до уровня, приемлемого для стабильной работы на заграждениях различных типов во всех климатических зонах, и одновременно резко снизить вероятность «ложняков».
В дальнейшем были разработаны оригинальные методы управления параметрами зондирующего излучения, поступающего в каждую зону охраны, которые нивелировали произвольное «плавание» чувствительности и позволили поддерживать заданный уровень обнаружительной способности средства. Эти методы сегодня успешно используются в современном варианте сейсмо-деформационно-акустического средства «ВОРОН-ГЕО-3».
Возможны «противопоказания»
Всегда ли можно применять методы дистанционного управления чувствительностью волоконно-оптического средства охраны? Важно обратить внимание на то, что описанный метод управления параметрами излучения можно было реализовать только в системах с параллельным опросом реальных зон охраны. То есть когда кабель-датчик в каждой зоне охраны опрашивается по отдельному оптическому волокну (рис. 1).
Именно такая топология построения средств периметровой охраны применена в средствах «ВОРОН».
В системах с последовательным опросом «виртуальных» зон на основе технологии когерентного рефлектометра, применяемой в системах типа «Сокол», «Волк», «Волкодав», «Волна-Альфа», «Оптолекс», FiberPatrol, Optosens и т.д., где чувствительный оптический кабель одновременно является информационным кабелем (рис. 2), поддержание постоянного уровня чувствительности принципиально невозможно, поскольку зондирующее излучение проходит последовательно все участки кабеля. Вариация параметров излучения для подстройки чувствительности какой-либо зоны охраны неминуемо изменит чувствительность всех остальных зон охраны непредсказуемым образом.
Существуют и другие «противопоказания» для применения технологии когерентного рефлектометра в системах периметровой охранной сигнализации, но их обсуждение выходит за рамки данной статьи.
Напутствие заказчикам
Проблемы, с которыми неизбежно столкнется потребитель при использовании технологии когерентного рефлектометра в средствах охраны периметров, все более и более осознаются специалистами из разных стран мира.
Таким образом, на фоне несомненных перспектив развития технологий охраны периметра на основе волоконной оптики применение когерентных рефлектометров с последовательным опросом «виртуальных» зон охраны весьма проблематично. Это рекомендуется учитывать заказчикам.