Применение беспроводной сенсорной системы для охраны объектов с использованием датчиков инфракрасного излучения
Автор: Парфенов Владимир Иванович, Ле Ван Донг
Журнал: Компьютерная оптика @computer-optics
Рубрика: Дифракционная оптика, оптические технологии
Статья в выпуске: 3 т.45, 2021 года.
Бесплатный доступ
В работе был рассмотрен алгоритм, выносящий решение о наличии или отсутствии проникновения на охраняемый объект на основе данных, получаемых датчиками инфракрасного излучения, входящими в беспроводную сенсорную систему. На основе теоретических положений приведены методики расчета ослабления средой инфракрасного излучения, в том числе ослабления за счет молекулярных газов и аэрозольного ослабления. Показаны особенности влияния окружающей среды на функционирование локальных тепловых сенсоров. Также рассмотрены особенности характеристик помехоустойчивости канала радиосвязи с учетом замираний. С целью анализа влияния среды на эффективность всей системы приведены зависимости полной вероятности ошибки от энергетического параметра как с учетом ослабления инфракрасного излучения средой на уровне локальных сенсоров, так и с учетом замираний в канале радиосвязи. Кроме того, приведена зависимость полной вероятности ошибки от дистанции связи под влиянием замираний. Выполнен анализ полученных результатов и оценена степень влияния среды распространения на качество функционирования беспроводной сенсорной системы теплового вида. При этом показано, что сложные метеоусловия могут оказать существенное влияние на эффективность функционирования локальных сенсоров, а следовательно, и всей системы. Однако, несмотря на возможное существенное ухудшение эффективности вследствие ослабления инфракрасного излучения, а также замираний в канале радиосвязи, эффективность может быть повышена за счет увеличения количества используемых сенсоров.
Беспроводные сенсорные системы, сенсоры, вероятности ошибок, поглощение, замирание сигнала, инфракрасное излучение, аэрозоль, атмосферное пропускание
Короткий адрес: https://sciup.org/140257397
IDR: 140257397 | DOI: 10.18287/2412-6179-CO-788
Application of a wireless sensor system for object protection using infrared sensors
In this work, an algorithm that makes decisions on whether or not an object under protection has been penetrated based on data from infrared (IR) sensors included in a wireless sensor system is considered. Based on theoretical considerations, methods for calculating the attenuation of infrared radiation by the medium, including attenuation due to molecular gases and aerosol attenuation, are presented. Peculiarities of the external environment impact on the functioning of local heat sensors are shown. Also, peculiarities of the noise immunity characteristics of a radio communication channel are considered with due regard for signal fading. With the purpose of analyzing the environment impact on the efficiency of the entire system, we present dependencies of the total error probability on the energy parameter, taking into account the attenuation of infrared radiation in both the environment at the level of local sensors and the radio communication channel. In addition, a dependence of the total error probability on the communication distance under the influence of fading is presented. The results arrived at are analyzed and the degree of influence of the environment on the quality of functioning of the wireless sensor system of thermal type is evaluated. It is shown that adverse weather conditions can have a significant impact on the efficiency of local sensors, and, hence the entire system. However, despite the possible significant deterioration in efficiency due to the IR signal attenuation in the medium and in the radio channel, the efficiency can be increased by increasing the number of sensors used.
Список литературы Применение беспроводной сенсорной системы для охраны объектов с использованием датчиков инфракрасного излучения
- Урманов, Д.М. Беспроводные сенсорные системы для обеспечения безопасности подвижных и неподвижных объектов / ДМ. Урманов, О.И. Болдова // Электроника: наука, технология, бизнес. - 2013. -№ 3(125). - С. 128-134.
- Sohraby, K. Wireless sensor networks: Technology, protocols, and applications / K. Sohraby, D. Minoli, T. Znati. -Hoboken, New Jersey: John Wiley & Sons, Inc., 2007. -236 p. - ISBN: 978-0-471-74300-2.
- Белоусов, Ю.И. Инфракрасная фотоника. Часть I. Особенности формирования и распространения ИК излучения : учебное пособие / Ю.И. Белоусов, Е.С. Постников. - СПб.: Университет ИТМО, 2019. -82 с.
- Смирнов, Б.М. Инфракрасное излучение в энергетике атмосферы / Б.М. Смирнов // Теплофизика высоких температур. - 2019. - Т. 57, № 4. - С. 609-633. - DOI: 10.1134/S0040364419040197.
- Справочник по основам инфракрасной техники / под ред. Л.З. Криксунова. - М.: Советское радио, 1978. - 400 с.
- Алёхин, С.Г. Метод расчета коэффициента прозрачности атмосферы для тепловизионных систем в спектральном диапазоне 8-12 мкм / С.Г. Алёхин, И.А. Готюр, В.В. Семенов // Труды Военно-космической академии имени А.Ф.Можайского. - 2019. - № 668. - С. 117-128.
- Тимофеев, Ю.М. Теоретические основы атмосферной оптики / Ю.М. Тимофеев, А.В. Васильев. - СПб.: Наука, 2003. - 474 с.
- Дикрин, Д.Е. Сети и системы телекоммуникации : курс лекций / Д. Е. Дикрин. - Казань: Казанский университет, 2013. - 146 с.
- Сидельников, Г.М. Статистическая теория радиотехнических систем : учебное пособие / Г.М. Сидельникков, А.А. Макаров. - Новосибирск: Сибирский государственый университет телекоммуникации и информатики, 2015. - 194 с.
- Парфенов, В.И. Алгоритмы комплексирования информации в беспроводных сенсорных сетях с учетом вероятности выхода сенсоров из строя / В.И. Парфенов, В.Д. Ле // Радиотехника. - 2019. - № 12(19). - С. 53-59. - DOI: 10.18127/j00338486-201912(19)-06.
- Парфенов, В.И. Оптимальный алгоритм комплексирования информации в беспроводных сенсорных сетях с учетом влияния помех в канале радиосвязи / В.И. Парфенов, В.Д. Ле // Телекоммуникации. - 2020. - № 2. - С. 12-17.
- Sriranga, N. Energy-efficient decision fusion for distributed detection in wireless sensor networks / N. Sriranga, G. Nagananda, R.S. Blum, A. Saucan, P.K. Varshney // Proceeding IEEE International Conference on Information Fusion (FUSION). - 2018. - P. 1541-1547. - DOI: 10.23919/ICIF.2018.8454976.
- Спектроскопия атмосферных газов [Электронный ресурс]. - URL: http://spectra.iao.ru/home.overview (дата обращения 18.07.2020).
- Михайленко, С.Н. Информационно-вычислительная система «Спектроскопия атмосферных газов». Структура и основные функции / С.Н. Михайленко, Ю.Л. Бабиков, В.Ф. Головко // Оптика атмосферы и океана. - 2005. - Т. 18, № 9. - С. 765-776.
- Clough, S.A. Atmospheric radiative transfer modeling: a summary of the AER codes / S.A. Clough, M.W. Shephard, E.J. Mlawer, J.S. Delamere, M.J. Iacono, K. Cady-Pereira, S. Boukabara, P.D. Brown // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. - 2005. - Vol. 91, Issue 2. - P. 233-244. - DOI: 10.1016/j.jqsrt.2004.05.058.
- Mlawer, E.J. Development and recent evaluation of the MT_CKD model of continuum absorption / E.J. Mlawer, V.H. Payne, J.-L. Moncet, J.S. Delamere, M.J. Alvarado, D.D. Tobin // Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. -2012. - Vol. 370, Issue 1968. - P. 2520-2556. - DOI: 10.1098/rsta.2011.0295.
- Владимиров, В.М. Оптическая система для дистанционного зондирования в УФ-, видимом и ближнем ИК-диапазонах / В.М. Владимиров, В.А. Юксеев, Е.Г. Лапухин // Компьютерная оптика. -2020. - Т. 44, № 2. - С. 195-202. - DOI: 10.18287/2412-6179-CO-611.
