Tecniche riflettometriche per la protezione antintrusione

di Franz Xaver Bössl - Ingegnere elettronico, con competenze in reti neurali ricorsive e metodi di previsione comportamentale, si occupa di sicurezza (sistemi e dispositivi) dal 1993. In ambito R&D segue l’integrazione di sistemi, in particolare l’introduzione di intelligenza esterna per videosorveglianza basata su eventi, per ottemperare alle norme EN50132-7, con particolare riguardo al livello “Observing”. Referente per la certificazione di impianti secondo le norme EN50131, dal 2011 collabora con Southwest Microwave Inc, produttore statunitense di sensori perimetrali ad alte prestazioni. Dal 2016 in PIDS S.r.l., importatore esclusivo dei prodotti della famiglia Intrepid, si occupa dell’integrazione di prodotti antintrusione e sistemi di registrazione video, con plug-in per vari VMS di terze parti. Collabora con produttori, nazionali e non, per la realizzazione di driver ed hardware dedicato con firmware specializzati e la costruzione di protocolli di intercomunicazione. 

Si tratta di tecniche di indagine che sfruttano la teoria delle comunicazioni elettriche, in particolare la teoria delle linee di trasmissione, intese come sistema di conduttori metallici e mezzi dielettrici che veicolano il trasferimento di energia da un generatore ad un carico utilizzatore (cavi coassiali, linee bifilari, microstrip ecc). L’interesse si concentra nella propagazione di un segnale molto veloce lungo la linea e nel comportamento di quest’ultimo durante la propagazione sulla linea stessa. Quando il segnale prodotto dal generatore presenta una lunghezza d’onda non trascurabile nei confronti della lunghezza linea di trasmissione, la geometria del circuito diviene significativa e non è più possibile utilizzare le leggi di Kirchoff del grafo corrispondente al circuito: bisogna applicare le equazioni di Maxwell. Per evidenziare il comportamento della linea di trasmissione, in questo caso vengono considerate delle sezioni di lunghezza infinitesima con i relativi circuiti equivalenti, che mettono in evidenza i parametri L e C della linea: si tratta di induttanza e capacità distribuite (per unità di lunghezza), sono caratteristiche della linea e dipendono dalla sua costruzione, intesa come disposizione dei conduttori e dei mezzi dielettrici fra di loro. La cosa interessante è che le equazioni che si possono impostare nel modello presentano proprietà tipiche delle funzioni d’onda: nella linea di trasmissione, tensione e corrente si propagano come onde che viaggiano sia verso il carico (progressive V+), sia di ritorno verso il generatore (regressive V_). In un punto qualsiasi della linea i valori V ed I sono dati dalla somma delle rispettive onde (V=V++ V_). Oltretutto queste onde di tensione e corrente si propagano con velocità costante e finita v=1/√(LC), che possiamo ricavare con buona approssimazione (solitamente è compresa fra 50 ed il 70% della velocità della luce nel vuoto).

Analogamente alla legge di Ohm in elettrotecnica, il rapporto fra tensione e corrente per ogni singola onda transitante sulla linea ad un determinato istante ed in un determinato punto definisce una costante detta Z0=√(L/C), che si misura in Ω ed esprime l’impedenza caratteristica della linea.

COEFFICIENTE DI RIFLESSIONE

All’interno della linea di trasmissione possono presentarsi fenomeni di riflessione in presenza di discontinuità (= variazioni di impedenza), così come alle estremità, dove le discontinuità sono il generatore all’inizio e la terminazione sul carico alla fine; il rapporto di tensione fra onda incidente e riflessa è definito come coefficiente di riflessione ρ=V_/V+ = (RL- Z0) / (RL+ Z0). Il fatto che il segnale si propaghi come un’onda, con velocità costante e nota, e che si manifestino riflessioni in caso di discontinuità (=variazione del valore impedenza lungo la linea di trasmissione) sono tutti gli ingredienti necessari per costruire un sensore antintrusione. Infatti permettono di: a) conoscere la posizione del segnale lungo la linea; b) sapere che il segnale subirà riflessioni in presenza di discontinuità generando una “eco” che tornerà al generatore con la stessa velocità di partenza; c) sapere che questa “eco” conterrà informazioni sulla variazione di impedenza che l’ha generata (tramite l’ampiezza e la fase del segnale di ritorno).

LA FISICA PER L’ANTINTRUSIONE

Se un sensore antintrusione potesse sfruttare questo principio fisico, allora potremmo localizzare l’intruso su chilometri di perimetro ed estrarne la posizione in frazioni di secondo. Il modello infinitesimo della linea di trasmissione, che evidenzia la dipendenza da L e C, ci suggerisce il modo con cui realizzare il sensore. Sarà necessario variare i valore del rapporto L/C in modo locale per ottenere la variazione di impedenza: ciò può essere effettuato solamente modificando la geometria della linea di trasmissione localmente nel punto di intrusione. Ecco il sensore antintrusione in grado di sfruttare i principi fisici che abbiamo visto.

Si tratta di un cavo coassiale nel cui dielettrico sono ricavate le sedi per due fili mobili. Questi due fili, essendo immersi nel campo elettromagnetico confinato nel cavo, riescono a variare localmente il rapporto L/C e, di conseguenza, l’impedenza Z lungo la linea. Provvederà il DSP ad analizzare le variazioni di impedenza causate dal tentativo di intrusione ed a localizzare l’intrusione mediante le tecniche riflettometriche illustrate precedentemente. 

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