對雙鑒式入侵探測器響應特性進行干擾的研究

王曉莉

（安徽廣播電視大學省直分校，安徽 合肥 230001）

1 雙鑒式入侵探測器的原理

雙鑒式入侵探測器[1]是指將微波探測技術與被動紅外探測技術復合使用的探測器，它將微波和紅外探測技術集中運用在一體。在控制范圍內，只有在兩種探測技術下都探測到物體時，才輸出報警信號。

報警器微波探測方式的工作原理基于多普勒效應：微波的波長很短，在1 mm～1 000 mm之間，因此很容易被物體反射，微波信號遇到移動物體反射后會產生多普勒效應，即經反射后的微波信號與發射波信號的頻率會產生微小的偏移，此時可認為報警產生。微波探測原理如圖1所示。

圖1 微波探測原理

被動紅外探測器是靠探測人體發射的紅外線來進行工作的：探測器收集外界的紅外輻射，進而由菲涅爾透鏡聚集到紅外傳感器上；熱釋電元件接收了紅外輻射后，溫度就會發生變化，進而向外釋放電荷，檢測處理后產生報警。紅外探測原理如圖2所示。

圖2 紅外探測原理

雙鑒技術即將微波和紅外探測技術相結合，在探測范圍內，只有兩種報警技術的探測器都產生報警信號時才輸出報警信號。

微波探測技術對物體的正面移動敏感，而被動紅外探測技術則對物體從側面切割探測區域的移動方式敏感。雙鑒式探測器既能保持微波探測器可靠性強、與熱源無關的優點，又集合了被動紅外探測器無需照明和亮度要求、可晝準備運行的特點，大大降低了探測器的誤報率。雙鑒探測方式提高了探測性能，誤報率也僅是單技術微波報警器誤報率的幾百分之一[2]。

2 實驗方案及結論

本實驗搭建了一個雙鑒式探測器響應特性的實驗環境，通過實驗一系列材料的遮擋效果并模擬入侵路線，來研究入侵后報警器的響應特性，分析報警響應的盲點。

2.1 實驗思路

針對雙鑒式探測器的基本原理，初步考慮有三種可能的途徑：（1）遮擋，可遮擋人體發出的紅外光或遮擋探測器；（2）對著探頭作垂直運動；（3）提高紅外背景，降低探測器靈敏度。目前的入侵探測器[3]多采取各種防破解措施，如防遮擋、模式識別等，難以采用簡單的方式解除報警，可行的方案可能是上述三種途徑的程序化組合。

項目實施中，首先調研目前常用探測器的工作原理與探測性能，選擇幾種代表性的產品作為實驗對象，進行以下實驗。

（1）紅外輻射遮擋材料實驗

選擇可遮擋人體紅外輻射的材料進行模擬實驗，研究其可行性。環境在溫度、濕度、噪音等方面往往會有變化，探測器在實際設計上對其有一定的適應性，從而防止過多的誤報警[4]。可利用這一點將遮擋材料由遠及近緩慢地覆蓋住探測窗口，使周圍的環境參數在一個微小的范圍內緩慢地改變，使探測器對報警事件的探測數達不到報警的閾值，并且探測不到人體自身的紅外線輻射，最終避免報警[5]。

（2）移動實驗

實驗分為兩部分：一是紅外光源移動，裝置同上，光源對著探頭作垂直運動，研究其響應；二是用金屬板對著探頭作豎直運動，研究其響應。可將行進線路做分段切割，即先實驗水平移動和豎直移動條件下的遮擋效果，最終利用無線遙控車、機器人等設備來進行實戰，避免人體的紅外輻射造成報警響應。

探測器的實際安裝過程中，為了達到最佳的探測效果，報警器一般安裝在房間內的角落處，離地面2.2～2.5 m，探測區域成扇形，力求與入侵者的行進路線成最大化的切割可能性。為此，考慮先在水平方向上，在遠處首先將遮擋材料迂回到探測扇區的最大夾角110°外部區域（即盲區），再緩慢推進至報警器下側前方，最后豎直向上緩慢移動來覆蓋住探測器周圍。

（3）干擾實驗

設計實驗裝置，模擬人體紅外輻射，在靜止狀態下逐步提高裝置的紅外強度，測量探測器響應；在此基礎上，人在紅外光源后移動，測量探測器響應，研究提高背景干擾探測器的可行性。圖3為實驗過程示意。

為此，可利用紅外線燈照射探測器，造成其處于紅外線飽和狀態。

另外，在具體實驗中，可考慮以下幾方面：

圖3 干擾實驗過程示意

（1）PIR和微波頻道自身避免誤報的能力不夠：PIR對熱輻射干擾敏感，而MW對無線電頻率干擾敏感。結合使用這些技術則顯著地提高探測器的抗擾性，最終帶來較低的誤報率。因兩種技術必須同時探測以生成警報，由此實現誤報率的降低。目前主流報警器采取微波和被動紅外報警信號相與的方式，即這兩種方式同時探測到入侵者方可報警[6]。故考慮破壞方式其中之一，即可達到欺騙報警器的效果。

（2）考慮用化學液體進行噴霧遮擋，造成報警器短時間對人體探測的失效狀態，人員撤退后可自行揮發、不留痕。

（3）人體散發的紅外線可考慮用紅外線吸收材料來進行遮擋，內外有三層，從內向外分別起到隔熱、向內反射紅外線、易于導熱的作用。可考慮使用微波保鮮膜、塑料雨衣、防輻射服等材料。

（4）一般國產的探測器抗干擾、抗輻射都非常差，因此可運用電磁輻射破壞探測器的內部電路。

2.2 實驗裝置

實驗中，將探測器置于一定高度，并利用鋁合金框架、滑輪、塑料板、棉線等器材設計了一套機械傳動裝置，如圖4所示。

圖4 實驗裝置

用木板和滑輪做了一個平臺，它在鋁合金框架構成的導軌上可平穩地自由移動。在平臺上放置各種遮擋材料，向報警器緩慢靠近或離開，以模擬出水平遮擋和垂直遮擋的效果。該裝置可進行上面所述的紅外輻射遮擋材料實驗和移動實驗。在遮擋材料的選擇上，主要實驗各材料對波長在10 μm附近的人體紅外線的透過程度[7]：

（1）可考慮表面粗糙、內部有大量空隙的材質，因表面能盡量地散射探測器和人體自身發射出的紅外線，內部的空隙中充滿大量空氣，亦可進一步散射紅外線。為此，可選擇紙板、絨布、海綿、門墊等[8]。

（2）另外，對以Visonic的Hunter探測器為代表的帶主動紅外的被動紅外探測器，也可考慮在光學線路上進行改變，為此可考慮根據其砷化鎵發光二極管所發射的波長長度來制作相應的鍍膜濾光片。性能參數包括：940 nm附近透過，其他波長范圍內截止，截止深度＜1%，尺寸為10 cm×10 cm×0.3 cm[9]。

2.3 實驗數據

在水平方向上，將遮擋材料由遠及近緩慢推進到報警器前，分別記錄下各報警器報警時兩者的間距，每個報警器實驗5次，結果如表1所示。

表1 報警器實驗數據 （單位：cm）

關于實驗有以下幾點說明：

（1）數值“0”表示通過緩慢移動，遮擋材料可零距離地緊貼探測器而不報警，這時達到最佳的遮擋效果；

（2）實驗中，每次距探測器50 cm處開始緩慢移動遮擋材料；

（3）實驗中，移動2～3 cm后，停頓30 s再繼續移動，以確保報警時遮擋材料的位置的準確性；

（4）實驗裝置周圍用紙板遮擋，以盡量減少人體紅外線的干擾，實驗人員從外部來操縱遮擋材料的移動。

另外，先將遮擋材料在水平方向移動到一定距離，再進行豎直方向移動，故豎直方向移動的距離數值可參考表1。豎直切割探測區域的效果要明顯好于水平方向的切割實驗。低于5 mm/s的速度均為安全速度，即不觸發探測器報警[10]。

2.4 實驗結論

經過上面的實驗，可得出如下結論：

（1）紅外輻射遮擋材料實驗

經實驗，沒有任何一種材料可以實現普遍適用的零距離遮擋效果。根據表1的實驗數據，給出了對于不同的報警器而言所適用的遮擋材料，如表2所示。

表2 遮擋材料的適用性列表

①對于沒有防遮擋功能的報警器而言，可適用除金屬外的常見材料擋住人體所發射的紅外線，不讓探測器檢測到即可。

②對于有普通防遮擋功能及反遮擋技術的報警器而言，海綿、門墊之類表面粗糙、內部有大量空隙的材質較為適合。因為這種材質可在表面和內部有效地散射紅外線，同時幾乎不改變微波的發射頻率，從而不觸發報警功能。

③對于帶主動紅外的被動紅外探測器而言，海綿之類表面粗糙、內部有大量空隙的材質，或鍍膜濾光片之類可改變光學線路的材質較為適合，因為濾光片可在光學線路上改變由砷化鎵二極管發射出的紅外線至其他處，表面鍍了增透膜后，更加大了紅外線的透過率，減少了反射率。經進一步實驗，在報警器和海綿間加入濾光片后，可將二者的優勢結合，使遮擋效果更佳。

（2）移動實驗

①經多次實驗，遮擋材料距探測器水平距離30～40 cm處為探測器響應敏感的臨界范圍。遮擋材料與探測器間的距離低于此數值后，應適當減慢推進時的遮擋速度，控制在5 mm/s以內，該速度不會觸發探測器的反遮擋功能。撤退時速度也相應減慢，避免引起報警。該速度值可繼續降低，視實戰中時間緊張程度而定。

②離報警器10～15 cm處為較安全的遮擋臨界值，參照國標，考慮到報警器有110°左右的探測范圍限制，可適當加大遮擋材料面積。

③報警器探測到可能的入侵后，有30 s的判斷滯后期。進入臨界范圍內，應在移動2～3 cm后，停頓30 s，再繼續移動。

④對于微波探測而言，用金屬板來遮擋，會在距探測器水平距離30～40 cm處，立即產生報警信號。

（3）干擾實驗

①紅外線燈照射后，無法避免Rokonet的iWise RK810DT探測器的報警[11]。

②提升環境溫度，可利用空調的壓縮機等設備，但在實戰中不太可行、實用，故放棄。

3 結論

經實驗，目前市場中普遍安裝的報警器均可采用遮擋的方式來干擾響應，效果較好。具體可在實行遮擋時，采用機器人手臂等方式來抓取海綿之類表面粗糙、內部有大量空隙，或鍍膜濾光片之類可改變光學線路的介質，先在高度上升至與報警器大致相同，然后在距報警器水平距離30～40 cm處，以低于5 mm/s的速度緩慢地將材料逐漸接近它，離報警器10～15 cm處停下，撤退時亦是如此[12]。

[1]微波與被動紅外復合入侵探測器認證測試標準.GB10408.1-2000，GB10408.6-1991.

[2]主動紅外入侵探測器認證測試標準：GB10408.1-2000，GB10408.4-2000，GB16796-1997.

[3]惠曉實，黃婕.紅外傳感器尋呼報警系統[J].電子技術應用，1998，24（6）：39-40.

[4]邱亮南.試論主動紅外和激光入侵探測器[J].中國安防，2008（3）：58-62.

[5]何傅成.遮擋式微波入侵探測器的原理特點及典型應用[J].中國安防，2009（7）：57-59.

[6]袁繼俊.紅外探測器發展述評[J].激光與紅外，2006（12）：30-33.

[7]郭瑞萍，李靜，孫葆森.國外紅外探測器材料技術新進展[J].兵器材料科學與工程，2009（5）：36-40.

[8]梁光清.基于被動式紅外探測器的人體識別技術研究[D].重慶：重慶大學，2009.

[9]王英瑞.紅外探測器響應非均勻性對系統靈敏度的影響[J].紅外與激光工程，2006（6）：55-59.

[10]張晨.被動式紅外探測器三維探測模型研究[J].中國安防，2014（3）：80-84.

[11]張小華.以色列RIT公司引領新一代紅外探測器的發展[J].紅外，2013（3）：47-48.

[12]史衍麗.紅外探測器材料與器件的發展[J].科學，2013（11）：22-25.