周界入侵檢測報(bào)警系統(tǒng)是安全防范技術(shù)的一大重點(diǎn)裝備。它基于聲、光、電、應(yīng)力等物理作用，已有多種方案、各具技術(shù)特色的產(chǎn)品可供選擇。目前，國內(nèi)安防產(chǎn)品市場占主流地位的周界入侵檢測產(chǎn)品當(dāng)屬主動紅外光束阻擋原理的對射系統(tǒng)。但這類產(chǎn)品本質(zhì)上具有不可忽視的缺點(diǎn)：受氣候環(huán)境影響的誤報(bào)、周期性維護(hù)工作量偏大、圍墻弧形及凹凸設(shè)計(jì)的制約、防區(qū)布置過于直觀等等，促使我們轉(zhuǎn)而關(guān)注主動紅外對射系統(tǒng)以外不同原理周界入侵檢測報(bào)警系統(tǒng)產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展。而泄漏電纜周界入侵防范系統(tǒng)在本質(zhì)上具有不受氣候影響、免維護(hù)、周界形狀任意、無盲區(qū)隱形布防無礙觀瞻等服務(wù)特性方面的優(yōu)勢，在國際上約占全部周界入侵檢測產(chǎn)品市場16% 的占有率，尤其值得我們關(guān)注。
泄漏電纜周界入侵防范技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展概況
泄漏電纜是一種有效的周界入侵傳感器，屬于無線電漏泄場原理的應(yīng)用范疇。最早自1960年起，首先由英國學(xué)者提出無線電漏泄場理論及其在煤礦井巷中的應(yīng)用，法國學(xué)者豐富了它的理論內(nèi)容，20世紀(jì)70年代德國將其推廣到地鐵通信，繼之，美國、瑞典、加拿大、日本等國將其應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步拓展到鐵路、礦山、隧道、機(jī)場、碼頭及某些軍工場合。
經(jīng)過多次國際研討會的肯定，無線電漏泄場技術(shù)在機(jī)理上日趨成熟，很快引起各國軍工業(yè)界的重視和資金投入。周界入侵檢測作為無線電漏泄場原理應(yīng)用的重要分支領(lǐng)域，加拿大學(xué)者率先發(fā)表了稱之為“導(dǎo)波雷達(dá)”(Guided radar)的學(xué)術(shù)論文。繼之以美國、加拿大、法國等國為代表，大量采納泄漏電纜作為周界入侵傳感器，大量應(yīng)用到監(jiān)獄、油品庫、彈藥庫、生化毒品基地、核廢處理場、導(dǎo)彈試驗(yàn)場、海關(guān)管制區(qū)、軍品物資庫、飛機(jī)場、軍事禁區(qū)以及邊防警戒區(qū)等場合。
20世紀(jì)80年代中期，我國科研機(jī)構(gòu)曾將無線電漏泄場原理的應(yīng)用列入國家“七五”重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目并取得成功驗(yàn)收、鑒定、頒獎(jiǎng)的成績。與此同時(shí)，國內(nèi)單位也開發(fā)了泄漏電纜周界入侵系統(tǒng)并逐步進(jìn)入安防產(chǎn)品市場。當(dāng)前，此類國內(nèi)產(chǎn)品主要裝備監(jiān)獄和軍品倉庫等場合，嚴(yán)格講來還存在著技術(shù)層次較低、結(jié)構(gòu)粗糙、誤報(bào)控制不足、價(jià)格偏高等不足需要著力改進(jìn)。
泄漏電纜周界入侵防范技術(shù)原理
無線電“漏泄場”的建立
對射頻同軸電纜按特定要求加以疏編、開縫、穿孔、開槽等工藝方式對其外導(dǎo)體屏蔽層施以連續(xù)且有規(guī)則的“破壞”，即能制造出泄漏電纜。由此故意引起射頻同軸電纜中傳輸?shù)臒o線電信號能量發(fā)生泄漏作用，將在泄漏電纜徑向長度的周圍建立起一種均勻且連續(xù)的無線電電磁場，稱之為“漏泄場”。藉助“漏泄場”，泄漏電纜為無線電信號在“限定空間”中的傳輸提供了一種類似長天線作用的傳輸媒介，構(gòu)成沿泄漏電纜狹長區(qū)域內(nèi)的無線電傳輸通道，據(jù)此可實(shí)現(xiàn)無線電收發(fā)訊機(jī)與饋體泄漏電纜之間兩個(gè)可逆方向上完全等效的電磁能量的交換或稱“耦合”，從而得以可靠地實(shí)現(xiàn)某些“限定空間”(井巷、隧道、山洞、地下道等處)的無線電雙向通信。
泄漏電纜的傳輸衰減及耦合效率
泄漏電纜是無線電漏泄場原理周界入侵檢測技術(shù)的關(guān)鍵部件。泄漏電纜的設(shè)計(jì)關(guān)鍵是內(nèi)導(dǎo)體、外導(dǎo)體、絕緣體和外護(hù)套的結(jié)構(gòu)尺寸、材質(zhì)、結(jié)構(gòu)均勻性、空氣介質(zhì)比率、屏蔽形式和光電復(fù)蓋率等。其主要電氣特性是內(nèi)、外導(dǎo)體直流電阻、分布電容、電感電阻比、傳輸衰減、耦合效率、表面轉(zhuǎn)移阻抗及其特性阻抗等。無論何種設(shè)計(jì)，最終著眼點(diǎn)主要是追求較小的傳輸衰減和較高的耦合效率。
泄漏電纜的傳輸衰減是電纜材質(zhì)和工藝結(jié)構(gòu)的函數(shù)。主要表征為：隨內(nèi)、外導(dǎo)體電阻成正比地增加，隨電纜的特性阻抗成正比地減少，隨介質(zhì)的功率因子成正比地增加，隨介質(zhì)的介電常數(shù)呈平方根函數(shù)，隨外導(dǎo)體的光電復(fù)蓋率成反比地增加。
泄漏電纜的耦合效率涉及電磁場理論。經(jīng)電磁耦合理論推導(dǎo)并加以適當(dāng)近似得知，由屏蔽形式所決定的表面轉(zhuǎn)移阻抗和轉(zhuǎn)移導(dǎo)納是耦合效率的關(guān)鍵因數(shù)，比較直觀的主要表征為：隨單位長度外導(dǎo)體開孔面積(大小、數(shù)目)成正比地增加，隨外導(dǎo)體開孔(縫)縱向長度成正比地增加，隨開孔的園周長度成平方關(guān)系增加，隨電纜直徑大小成平方關(guān)系降低。
由于泄漏電纜比較重視其結(jié)構(gòu)工藝，各國制造商均擁有不同的專利技術(shù)。較典型的有英國的疏編技術(shù)、美國的螺旋管特征開孔技術(shù)、德國的縱向開縫技術(shù)、日本的八字開槽技術(shù)等。
在實(shí)際應(yīng)用中，為了補(bǔ)償泄漏電纜在徑向長度上傳輸衰減隨距離按對數(shù)規(guī)律逐漸增大的影響，國際上大部分用作周界入侵傳感器的商品泄漏電纜均采用沿電纜徑向長度逐漸增加開孔尺寸的工藝措施。這種措施常常被稱作耦合能量分級技術(shù)，用以獲得耦合能量分級型泄漏電纜。其確切的制造細(xì)節(jié)通常申請為專利。
泄漏電纜周界入侵檢測傳感器
泄漏電纜作為周界入侵檢測傳感器應(yīng)用時(shí)通常采用埋地敷設(shè)方式。埋地敷設(shè)方式可取得隱形連續(xù)復(fù)蓋周界防區(qū)和免維護(hù)的實(shí)用效果。
實(shí)驗(yàn)研究表明：采用兩根平行敷設(shè)的泄漏電纜，一根接入發(fā)信機(jī)，另一根接入受信機(jī)，入侵者進(jìn)入兩根電纜中間區(qū)域時(shí)，由于處在“漏泄場”中的人體對無線電射頻能量的散射，將引起受信機(jī)端口接收信號電平的波動。采用各種信號分析手段檢測出這個(gè)變動，即可對入侵者在防護(hù)周界范圍內(nèi)作出定性和定位判斷。在各種泄漏電纜周界入侵防范系統(tǒng)中，無一例外地都采用泄漏電纜作為入侵檢測傳感器。
泄漏電纜的一端接入發(fā)信機(jī)后，無線電射頻能量在泄漏電纜內(nèi)部一方面以同軸波模式向電纜終端傳輸?shù)耐瑫r(shí)，另一方面通過電纜外導(dǎo)體開孔的表面沿電纜徑向長度以準(zhǔn)TEM波模式向前方傳播可稱之為表面波。同軸波模式的傳輸速度和傳輸衰減決定于同軸電纜的結(jié)構(gòu)參數(shù)，基本上與安裝環(huán)境無關(guān);表面波模式的傳輸速度和傳輸衰減則與安裝環(huán)境有關(guān)，如果泄漏電纜以埋地方式安裝，與地面以上的空氣環(huán)境中安裝相比，表面波的傳輸速度減慢且傳輸衰減增大。上述沿電纜長度上存在著的表面波是一種近場波，其作用場僅及距電纜若干公尺以內(nèi)，這種電磁漏泄場的能量將隨其與電纜縱向距離增大而迅速衰減直至消失。這意味著泄漏電纜作為入侵檢測傳感器應(yīng)用時(shí)，僅包含一個(gè)有限距離的檢測區(qū)域，對無線電空間秩序不構(gòu)成為一種有害的干擾源。
泄漏電纜周界入侵防范系統(tǒng)典型技術(shù)方案
單電纜方案
最早期出現(xiàn)的泄漏電纜應(yīng)用于周界入侵防范系統(tǒng)的技術(shù)方案僅采用單根泄漏電纜。在電纜始端接入無線電發(fā)信機(jī)，另一端接入受信機(jī)即構(gòu)成最簡單系統(tǒng)。發(fā)信機(jī)在泄漏電纜周圍形成的漏泄場首先與入侵者本體發(fā)生耦合，再次耦合回復(fù)到泄漏電纜并傳輸?shù)诌_(dá)受信機(jī)。此方案中的入侵信號需經(jīng)兩次耦合再經(jīng)傳輸?shù)诌_(dá)檢測端，其檢測靈敏度極低，實(shí)用價(jià)值不高，初期實(shí)驗(yàn)只能捕獲僅距泄漏電纜10公分左右且目標(biāo)巨大的入侵目標(biāo)。
雙電纜方案
采用兩根泄漏電纜平行敷設(shè)，在第一根電纜的一端接入發(fā)信機(jī)激勵(lì)饋體，在第二根電纜的一端接入受信機(jī)檢測處理入侵信息特征，即構(gòu)成雙電纜系統(tǒng)。兩根電纜一發(fā)一收，只存在一次耦合，只需檢測識別入侵者本體在漏泄場中對既有信號的影響即可捕獲入侵目標(biāo)。此方案與單電纜方案相比，檢測靈敏度大大提高，已可滿足實(shí)際應(yīng)用需要，而大部份泄漏電纜周界入侵檢測系統(tǒng)均采用雙電纜方案。
在某些場合，為了橫向拓寬入侵檢測區(qū)域的寬度或辨別入侵行為的方向，也可在雙電纜方案基礎(chǔ)上再布置一根或多根相平行敷設(shè)的泄漏電纜，變相衍生為多電纜方案。
正向耦合方案
在雙電纜方案基礎(chǔ)上，兩根電纜上分別接入發(fā)信機(jī)和受信機(jī)，并將它們分別布置在傳輸通道兩端即構(gòu)成正向耦合方案。正向耦合方案具有下列特點(diǎn)：
.傳輸通道上，發(fā)信機(jī)源信號經(jīng)耦合到收信電纜后的行進(jìn)方向與發(fā)信電纜上源信號的行進(jìn)方向相同，在受信機(jī)端口引起相位變化的同相疊加，形成一定程度的固定反射;
.此固定反射相應(yīng)對埋地泄漏電纜環(huán)境(如土壤濕度變化)較為敏感，由此如不采取相應(yīng)技術(shù)措施，可能成為虛假入侵報(bào)警的因素;
.泄漏電纜本身傳輸衰減的大小與入侵位置無關(guān)，因而對受信機(jī)端檢測量的動態(tài)范圍影響不大。
反向耦合方案
在雙電纜方案基礎(chǔ)上，兩根電纜上分別接入的發(fā)信機(jī)和受信機(jī)布置在傳輸通道的同一端即構(gòu)成反向耦合方案。反向耦合方案具有下列特點(diǎn)：
.泄漏電纜本身傳輸衰減的大小與入侵位置相關(guān)，因而要求增大受信機(jī)端檢測量的動態(tài)范圍，相應(yīng)增加了入侵信號正確判決的難度;
.通常采用耦合能量分級型泄漏電纜或大直徑低損耗型泄漏電纜，可有效減小受信機(jī)端檢測量的動態(tài)范圍;
.實(shí)際應(yīng)用中，反向耦合方案采用得較為普遍。
脈沖波方案
在單電纜方案基礎(chǔ)上，發(fā)信機(jī)輸出時(shí)序脈沖波，受信機(jī)完成發(fā)射脈沖和具有入侵信息特征的反射脈沖兩者之間的時(shí)間延遲識別檢測，并據(jù)以判定入侵位置即構(gòu)成脈沖波方案。脈沖波方案具有下列特點(diǎn)：
.脈沖波方案提高了單電纜基本方案的實(shí)用性;
.要求射頻寬帶窄脈沖高速傳輸，且瞬時(shí)脈沖功率較大，可能對鄰近無線電 系統(tǒng)形成干擾;
.對泄漏電纜性能要求較高，趨向于采用大直徑低損耗型泄漏電纜。
連續(xù)波方案
無論在單電纜或雙電纜方案基礎(chǔ)上，發(fā)信機(jī)輸出連續(xù)載波，受信機(jī)完成具有入侵信息特征的接收信息檢測，并據(jù)以判定入侵部位即構(gòu)成連續(xù)波方案。連續(xù)波方案具有下列特點(diǎn)：
.對射頻帶寬、功率無嚴(yán)格要求，簡化了電子部件、器件等級;
.對入侵位置不能提供精確定位，僅適用于完整段落區(qū)域入侵信息的判定;
.對較長周界宜作分段并標(biāo)記地址碼的技術(shù)處理。
單電纜—單極天線耦合方案
采用單根泄漏電纜埋地，按園環(huán)形布置敷設(shè)，其一端接入發(fā)信機(jī)，園心處設(shè)單極天線并連接受信機(jī)，受信機(jī)完成具有入侵信息特征的接收信息檢測，并據(jù)以判定入侵部位即構(gòu)成單電纜—單極天線耦合方案。單電纜—單極天線耦合方案具有下列特點(diǎn)：
.僅適用于開闊地帶,多應(yīng)用在重要機(jī)場、導(dǎo)彈庫、生化武器庫、火藥庫等重要場合; 信息請登陸:輸配電設(shè)備網(wǎng)
.僅需布置單根電纜，但其連續(xù)性不允許中斷;
.對發(fā)射功率有嚴(yán)格要求;
.單極天線應(yīng)置于園環(huán)形中心位置，其位置偏離度將影響接收入侵信息的均勻度。
技術(shù)發(fā)展方向
泄漏電纜周界入侵防范系統(tǒng)與各種不同原理的周界系統(tǒng)相比，在服務(wù)特性方面有其獨(dú)特的優(yōu)勢。自泄漏電纜周界入侵防范技術(shù)問世以來直至進(jìn)入21世紀(jì)，美國、英國、加拿大等國不斷涌現(xiàn)的上百篇專利文獻(xiàn)詳盡記載了其技術(shù)進(jìn)步過程，但在國內(nèi)罕見自主知識產(chǎn)權(quán)文獻(xiàn)的發(fā)表，尤其是這類系統(tǒng)在國內(nèi)民品安防市場占有率不高。究其原因最主要不外乎下列兩點(diǎn)：
.泄漏電纜成本偏高，影響推廣使用是最主要的原因。研究開發(fā)低成本經(jīng)濟(jì)型適用性泄漏電纜應(yīng)該是我們首要關(guān)注的技術(shù)進(jìn)步發(fā)展方向。在充分消化泄漏電纜周界入侵傳感器機(jī)理的基礎(chǔ)上，售價(jià)堪與SYV-5同軸電纜相當(dāng)?shù)男孤╇娎|在理論上存在極大可行性;
.民族品牌的泄漏電纜周界入侵防范系統(tǒng)雖起步較早，但技術(shù)粗糙、后繼乏人，導(dǎo)致十多年來發(fā)展停滯。在調(diào)制方式、頻率優(yōu)選、環(huán)境媒質(zhì)補(bǔ)償、分段中繼、檢測信號判決等方面均有值得期待的技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展。
結(jié)語
值此國內(nèi)安防市場迅猛增長的發(fā)展期，周界入侵防范系統(tǒng)已無可爭議地占有一席重要地位。結(jié)合我國反恐、申奧、申博、城市透綠、構(gòu)建和諧社會等市場需求，泄漏電纜周界入侵防范系統(tǒng)具有良好的應(yīng)用發(fā)展前景
（轉(zhuǎn)載）
