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微波安防周界报警雷达原理与应用
2016-11-05

微波安防雷达原理与应用

安防雷达工作原理

微波安防雷达是利用电磁波遇到物体反射的原理来工作的。雷达主动发射特定频率的电磁波,覆盖雷达正前方一定区域,在此区域内的具有一定面积的物体反射电磁波,被雷达接收后,放大、处理,从而检测出目标:


科技的发展,现在的雷达可以做得很小巧,典型的定角雷达,其外形尺寸为240×195×58mm,和一本16开的书本差不多大小。

微波雷达的特性及适用性

雷达是检测电磁波的反射来工作的,决定了它的如下特性:

1. 直线探测

所谓直线探测,意思是电磁波绕射能力很差,被遮挡后就无法有效检测探测范围内的目标,如下图:



对于遮挡效应,也有一些办法来减小不利影响,例如适当架高雷达,使雷达发射的电磁波对地平面有一定的倾角,这样可以减小遮挡效应。如下图:



上图中,虽然遮挡仍然存在,但是离开遮挡物体一定距离后,电磁波仍然能够覆盖较大区域,对监视范围内进行探测。

2. 区域探测

电磁波经天线发射后,其覆盖范围是由天线特性决定的,具有一定的张角,例如下图中场景雷达示意图:



图中,雷达发射的电磁波覆盖了约120度角的范围,在此范围内的活动目标,雷达均能探测出目标相对雷达的距离,速度,与雷达轴线的夹角,因而安防系统能够确定目标的具体方位和坐标,并根据系统设定判断目标的危险级别,若有目标靠近被保护建筑或者设备,安防系统立即启动相应预案,发出对应级别的告警信息。

场景监视雷达还可以描绘、记录目标入侵轨迹,以便安保人员采取适当措施及时应对。

场景监视雷达的应用示意图如下:



上图中,安防系统将危险品仓库、原料区、生产区、成品库和办公区划分为不同级别的区域,其中危险品仓库区,工作时间内有人靠近,系统立即提示,工作时间之外,任何人靠近,系统立即发出警告,并驱动摄像机追踪录像。

市场存在的周界报警产品的特性

安全防范系统按其作用范围和位置,可以划分为二类,周界安防和区域安防。这二种类型既可以单独存在,也可以组合应用,取决于具体应用环境。周界安防的作用在于,沿被保护区域的边界建立一道闭合的“防护墙”,一旦发生非法入侵,安防系统立即报警,提醒安保人员及时处理。而区域防护的特性是“重点”防护,区域安防系统监视整个防区,一旦有人或物体靠近重点目标,系统即发出警告。

目前,国内外应用较多的周界安防系统可以分为以下几种类型:

闭路电视监控;

光线型:红外对射、激光对射;

线缆:振动电缆、振动、泄漏电缆;

微波对射型;

闭路电视监控系统(CCTV是一种重要的安全防范系统,主要由摄像机、监视器、控制平台、录像/回放设备等组成。闭路电视监控系统通常不是作为实时监控手段,而是事后调取录像,追查线索时使用。

此外,受环境光线,视角,视场,解析度等因素制约,安防系统中视频监控技术需要其他检测手段配合,才能发挥最佳性能。

闭路电视监视系统的主要缺陷有:

1. 无法做到实时侦测,通常是事后调取录像,追查线索。

2. 无法主动定位入侵点。

3. 侦测范围小,受天气、光线影响大。

4. 报警算法可靠性低。

光线安防系统,红外对射原始实现手段,它的工作原理在检测区域内成对安装传感器,一发一收,建立一道虚拟防护墙,当有物体穿越,阻断红外线时,接收传感器检出光强变化,输出信号。为降低雾霾的干扰,有些光线型安防系统将红外线升级为激光,效果有所改善。

光线型安防系统的缺陷较大,主要有:

1. 误报率高,飞鸟,昆虫,飘落的树叶,摆动的树枝等都可能引起误报。

2. 防护范围小。由于红外/激光的直线传播特性,光线型安防系统只能建立一个非常有限的探测区域,很容易被入侵者越过。

3. 无测距能力。

线缆防范系统是目前比较成熟的产品主要有振动电缆方案,泄漏电缆方案,振动光缆方案。振动电缆安装在金属护栏,通过感测压力形变感测入侵行为。

泄漏电缆则通常是地下1米,外表不露痕迹隐蔽性好。这两种方案都没有定位功能,侵入发生时,无法及时确定侵入点,不能及时采取措施制止侵入行为。此外,由于振动电缆对振动敏感,且电缆张紧度随温度变化而变化,因此误报率高,维护成本高。泄漏电缆则存在施工复杂,地面受潮积水后影响系统工作的问题。

振动光缆是近几年投入使用的新产品,与上述2种电缆相比,振动光缆能够测距。

振动光缆也是安装于栅栏上,防护区域小,易于识别和绕过,这是其不足之处。

微波对射传感器是近几年发展起来的新技术,作用原理是在一对传感器之间建立一到有一定宽度和高度的微波墙,一旦有物体穿越,即刻能检测到。微波对射传感器的主要缺陷是不能提供入侵点位距离信息,波束比较胖,应用范围受限制。受地表杂草、树枝晃动影响大,需要定期清理杂草、树枝。

区域安全防范系统,目前还没有好的解决方案。受镜头、摄像机视场、摄像机指向等因素制约,视频技术不能提供实时、全区域监控,图像识别自动跟踪报警技术有极大的局限性,尚不能实现较大的室外监视。

总而上述防护系统各有优缺点没有哪一套系统能够独立解决全部问题

微波安防雷达与其他类型的探测技术的比较

方式

性能

视频

红外对射激光对射

振动电缆振动光缆

泄露电缆

微波雷达

全范围主动探测

恶劣天气影响

中等

防穿越能力

区域监测能力

系统漏报率

中等

系统误报率

中等

目标追踪能力

系统造价

监视雷达安防系统

微波监视雷达安防系统是以微波场景监视雷达为核心探测器,实现区域内运动目标检测,结合可见光摄像机、远红外摄像机或者热成像摄像机捕捉入侵目标的近景特写,完成入侵目标的识别,为安保人员提供及时、准确的信息,从而实现区域内的安全防护。监视雷达安防系统原理框图如下:



监视雷达安防系统根据环境特点灵活配置雷达和摄像机的数量,从而实现监视区域的完全覆盖。如上文所述,场景监视雷达能够探测监视范围内的多个目标的距离、速度和方位角,经系统解算后,绘制到系统显示界面上,方便工作人员全面了解全场动态,及时做出判断和采取应对措施

微波监视雷达安防系统应用如下图:



上图中,监视雷达安装在需要监测的设备附近,监视雷达360°角全范围扫描监视区域,最大监视距离可达1Km,系统能够同时跟踪多个批次的目标,根据需要标示目标轨迹。系统也可以设定警戒圈,入侵目标进入一定范围内系统自动弹出警示信号,提醒值班人员执行相应操作。

系统显示界面如下图:



上图为系统软件实际工作界面。图中白色线为扫描线,系统工作时,扫描线顺时针旋转。扫描线扫过的区域,目标信息将同步更新。如果需要,系统可以提供轨迹跟踪功能,如下图: