Zapewnienie bezpieczeństwa i ochrony dla różnych typów obiektów i infrastruktury stało się priorytetem, kiedy zagrożenia i ich rodzaje zmieniają się tak dynamicznie. Firmy, instytucje publiczne oraz prywatne gospodarstwa domowe coraz częściej zwracają uwagę na zewnętrzne systemy ochrony perymetrycznej, jako skuteczną metodę zapobiegania zagrożeniom i działaniom niepożądanym, na terenie ich nieruchomości. Ochrona perymetru, czyli granic i obszarów zewnętrznych danego obiektu jest kluczowym aspektem tworzenia kompleksowych systemów bezpieczeństwa.
To właśnie ten rodzaj ochrony pozwala na znacznie szybsze wykrycie intruza i podjęcie z wyprzedzeniem działań mających na celu przerwanie ataku. Tradycyjne metody ochrony, takie jak ogrodzenia czy systemy alarmowe, stają się coraz mniej skuteczne w obliczu rosnących wyzwań, takich jak włamania, kradzieże, sabotaże czy ataki. Właśnie dlatego w ostatnich latach widzimy, wyraźny rozwój zewnętrznych systemów ochrony perymetrycznej. Systemy te mogą obejmować szereg zaawansowanych technologii takich jak: systemy wizyjne lub termowizyjne z analizą obrazu, radary, systemy napłotowe czy detektory do zastosowań zewnętrznych. Jednym z zabezpieczeń tego ostatniego typu są bariery mikrofalowe. Choć rozwiązania te dostępne są na rynku już od wielu lat, to nadal zyskują na popularności. Jak działają takie urządzenia? Jak wygląda ich obsługa oraz jak prawidłowo planować je w systemach zabezpieczeń? O tych kwestiach warto wiedzieć, decydując się na tą technologię.
Technologia mikrofalowa
Widmo mikrofalowe jest jedną z ważniejszych technologii wykorzystywanych w komunikacji, nawigacji i teledetekcji. Już wiele lat temu doceniono zalety obrazowania za pomocą mikrofal, które zostały wykorzystane w radarach typu SAR, czyli radarów z syntetyczną aperturą. Jest to przydatne narzędzie do obrazowania obszarów, zwłaszcza gdy warunki atmosferyczne lub oświetlenie są niekorzystne. W ciągu ostatnich dwóch dekad technologie mikrofalowe były również wykorzystywane w zastosowaniach związanych z bezpieczeństwem. Od czasów II wojny światowej systemy radarowe były niezbędne do wykrywania obiektów znajdujących się w dużej odległości. Wysoka prędkość propagacji sygnału i odporność na warunki pogodowe sprawiły, że mikrofale stały się najlepszym wyborem do zastosowań obronnych.
Technologia mikrofalowa znalazła także zastosowanie w systemach bezpieczeństwa na lotniskach. Sygnały mikrofalowe mogą łatwo przenikać przez odzież i ujawniać ukryte przedmioty, np. materiały wybuchowe i broń palną. W odróżnieniu od konwencjonalnych bramek pozwalających na detekcję metali (WTMD), bramki w technologii mikrofalowej pozwalają na detekcję innych przedmiotów np. improwizowanych urządzeń wybuchowych (IDE), noży ceramicznych, czy plastikowych lub proszkowych materiałów wybuchowych. Dzięki temu pozwalają na skuteczną detekcję większej liczby zagrożeń. Opinia publiczna wykazuje coraz większą akceptację dla takich technologii, zwłaszcza że coraz częściej pracuje z automatycznymi algorytmami detekcji, co pozwala zmniejszać obawy związane z naruszeniem prywatności.
Jednym z miejsc, gdzie technologia mikrofalowa także znalazła zastosowanie jest ochrona perymetryczna. Bariery mikrofalowe wykorzystywane są do detekcji obiektów na zabezpieczanych odcinkach. Nie zawsze systemy wizyjne oparte o widmo optyczne są odpowiednie do wszystkich zastosowań. Niejednokrotnie też, system ochrony buduje się łącząc ze sobą różne technologie. Istnieją także obszary zastosowań, w których bariera mikrofalowa stanowi korzystniejszych wybór, ze względu na swoje właściwości fizyczne przenikania przez np. nieprzezroczyste, drobne cząsteczki. Działanie bariery mikrofalowej, można sobie wyobrazić jak działanie bariery świetlnej. Sygnał mikrofalowy jest nadawany po jednej stronie monitorowanej strefy i odbierany po przeciwnej stronie. Jeśli obiekt wejdzie na tę ścieżkę mikrofalową, odbierany sygnał mikrofalowy zmienia się, a obecność obiektu może zostać rozpoznana na tej podstawie.
Bariera mikrofalowa może działać w trybie aktywnym lub pasywnym. W trybie aktywnym nadajnik wysyła ciągły strumień fal mikrofalowych, które są odbierane przez odbiornik. Jeśli w wyniku zakłóceń pola mikrofalowego strumień zostaje przerwany, system wykrywa naruszenie i aktywuje alarm.
W trybie pasywnym system korzysta z istniejącego promieniowania mikrofalowego w otoczeniu. Odbiornik monitoruje zmiany w tym promieniowaniu i reaguje na wszelkie zakłócenia, które wskazują na obecność intruza.
Bistatyczne bariery mikrofalowe (osobno nadajnik i odbiornik) pozwalają na zabezpieczenie odcinków o różnej długości w zależności od wybranego modelu. Mogą to być dystanse od ok. 50 do 500 metrów. Technologia barier mikrofalowych działa skutecznie w różnych warunkach pogodowych – śnieg, deszcz, mgła bez redukcji odległości.
Skuteczność działania poszczególnych rozwiązań mikrofalowych stosowanych w ochronie zależy od skuteczności analizy cyfrowej zmian promieniowania mikrofalowego. Cały proces działania takiego rozwiązania do ochrony można przedstawić w kilku krokach:
- Nadajnik generuje sygnał mikrofalowy w kierunku odbiornika. Odbiornik rejestruje ten sygnał i przekazuje do dalszej analizy.
- Układ przetwarzania analogowo-cyfrowego, przekształca odebrany sygnał na formę cyfrową. Dzięki temu sygnał analogowy przekształcany jest na skwantowane wartości cyfrowe. W tym procesie otrzymujemy tzw. sygnał dyskretny, który w odróżnieniu od analogowego sygnału ciągłego nie jest funkcją ciągłą, lecz ciągiem liczbowym.
- Następnie w regularnych odstępach czasu odczytywane są wartości sygnału cyfrowego.
- Kolejno procesor sygnałowy (DSP z ang. Digital Signal Processor) wykonuje operacje na uzyskanym sygnale. Skwantowane wartości cyfrowe są poddawane różnym operacjom przetwarzania sygnałowego w celu analizy i ekstrakcji informacji. Może to obejmować filtrację, demodulację, detekcję zmian, analizę widmową, analizę czasową, korelację i inne techniki przetwarzania sygnałów.
- Detekcja i analiza wykonywana jest poprzez dedykowane algorytmy. Pozwalają one na detekcję i ignorowanie zakłóceń w polu mikrofalowym lub detekcję charakterystycznych wzorców związanych np. z ruchem osób w chronionej strefie.
- Na podstawie wyników analizy, system może podjąć odpowiednie działania, takie jak aktywacja alarmu, powiadomienie personelu odpowiedzialnego za bezpieczeństwo lub podjęcie innych działań zgodnie z zaprogramowanymi scenariuszami alarmowymi.
Warto zauważyć, że konkretny proces analizy cyfrowej może różnić się w zależności od wybranego systemu ochrony perymetrycznej. Każdy system może wykorzystywać różne algorytmy i techniki przetwarzania sygnałów w celu uzyskania optymalnej wydajności detekcji i analizy. To właśnie skuteczność algorytmów jest jednym z najważniejszych elementów, który różnicuje skuteczność poszczególnych rozwiązań między sobą.
Istotną cechą barier mikrofalowych jest skuteczność ich działania nawet w nocy, przy złej widoczności lub w złych warunkach pogodowych. Są w stanie skutecznie rejestrować ruchy obiektów i dzięki analizie odróżniać ich wielkość. Dodatkowo cechą charakterystyczną barier mikrofalowych jest bardzo szybkie generowanie sygnału alarmowego od momentu wtargnięcia intruza w chronioną strefę. Bariery mikrofalowe, w porównaniu z barierami aktywnej podczerwieni, są bardziej odporne na fałszywe alarmy. W przypadku rozwiązań mikrofalowych analiza zdarzeń jest bardziej dokładna. Istotnym elementem, który może negatywnie wpływać na działanie takich systemów jest zbyt wysoka roślinność. Może zakłócać prawidłowe działanie barier i generować fałszywe alarmy.
Projektowanie systemów z barierami mikrofalowymi
Zrozumienie zasad fizycznych pozwala projektantom tworzyć bardziej efektywne i zoptymalizowane rozwiązania. Poznanie zależności między parametrami i zrozumienie ich wpływu na działanie urządzenia umożliwia projektowanie bardziej wydajnych i precyzyjnych systemów. Gdy pojawiają się problemy lub awarie w urządzeniach, zrozumienie zasad fizycznych pozwala na skuteczniejsze rozwiązywanie problemów. Analiza działania urządzenia w oparciu o znajomość fizyki może pomóc w identyfikacji przyczyn i naprawie błędów.
Poza tym warto poznać pewne wytyczne projektowe i dobre praktyki dotyczące stosowania konkretnych rozwiązań. Tak samo jest w przypadku barier mikrofalowych. Warto zatem poznać kilka najważniejszych zasad:
- Podział ochrony na strefy – Strefę ochrony perymetrycznej wokół obiektu należy podzielić na strefy, gdzie za ochronę każdej ze stref będzie odpowiadać jedna para barier mikrofalowych. Chronione odcinki powinny być proste, tak aby zapewnić widoczność pomiędzy elementem nadawczym (TX), a odbiorczym (RX). Optymalny podział strefy chronionej na odcinki pozwala także zoptymalizować koszty całego systemu.
- Parzysta liczba barier – Należy dążyć do tego, aby w systemie zawsze występowała parzysta liczba chronionych odcinków. Pozwala to na uniknięcie sytuacji kiedy urządzenia RX i TX są zainstalowane blisko siebie. W przeciwnym razie w systemie może dochodzić do zakłóceń, a to będzie skutkować nieprawidłowym działaniem lub dużą liczbą fałszywych alarmów.
- Pokrycie martwych stref – Sygnał mikrofalowy z urządzenia nadawczego ma przestrzenny, paraboliczny kształt. Z tego powodu w pobliżu bariery występuje tzw. „martwa strefa”, gdzie intruz nie zostanie wykryty. Dlatego też w projektach zaleca się, aby strefy detekcji nakładały się na siebie lub przecinały się tylko pełnymi strefami detekcji.
- Identyfikacja przeszkód – Należy zawsze zweryfikować czy w miejscach, gdzie planowane jest wykorzystanie barier mikrofalowych nie znajdują się jakieś przeszkody, które ograniczą ich działanie np. kontenery, zbiorniki, składowane materiały itp.
- Uwzględnienie szerokości strefy – Jedną z cech charakterystycznych dla barier mikrofalowych jest fakt, że strefa detekcji ma nie tylko swoją długość lecz także swoją szerokość. Należy to uwzględnić przy projektowaniu, tak aby bariery umieszczać w odpowiedniej odległości od ogrodzenia. W przeciwnym razie zestaw urządzeń, może wykrywać np. osoby poruszające się wzdłuż ogrodzenia, na zewnątrz obiektu, a często jest to niepożądane.
- Ukształtowanie terenu – Należy zwrócić szczególną uwagę na ukształtowanie terenu w miejscu, gdzie wykorzystywane będą bariery mikrofalowe. Jeśli teren opada lub wznosi się, bariery mikrofalowe powinny zostać odpowiednio pochylone, tak aby strefa detekcji prawidłowo pokrywała chronioną strefę.
- Roślinność – Należy zwrócić uwagę, w strefie działania nie znajdowały się duże drzewa lub krzewy. Mogą ograniczać skuteczne działanie barier lub powodować fałszywe alarmy przy ruchu na wietrze.
Bariery mikrofalowe są skutecznymi narzędziami do wykrywania i monitorowania intruzów w różnych środowiskach, takich jak obiekty wojskowe, zakłady przemysłowe, czy obiekty użyteczności publicznej. Należy przestrzegać i pamiętać o pewnych najważniejszych wytycznych projektowych. To od ich przestrzegania będzie zależeć skuteczność działania systemu i brak problemów z dużą liczbą fałszywych alarmów. Warto podkreślić, że bariery mikrofalowe pracują najczęściej w połączeniu z innymi systemami ochrony, takimi jak kamery CCTV czy alarmy dźwiękowe. Są bardzo chętnie wykorzystywane ze względu na łatwą integrację. Przed przystąpieniem do implementacji bariery mikrofalowej, zaleca się dokładne zrozumienie i wdrożenie omówionych wytycznych projektowych. Zrozumienie czynników takich jak topografia terenu, warunki atmosferyczne i specyficzne wymagania systemu ochrony pozwoli na zoptymalizowanie konfiguracji barier mikrofalowych i zapewnienie jak najwyższej skuteczności.
Jakub Sobek
