DE19612579A1 - Danger space control monitoring arrangement - Google Patents

Danger space control monitoring arrangement

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Abstract

The arrangement includes reference marking points (20,20',20'') located at a boundary of a danger space (10). A computer is coupled to the rotary radar distance meter (18). The computer memory holds data related to a distance and angle of the marking points, as well as the sector reference data of the scanned region. The computer signals objects (22) in the danger space determined by a correlator comparing the reference data with the scanned ones, and by a preset threshold value. Preferably the radar distance meter contains an FM continuous-strike transmitter.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Überwachung eines Gefahrenraumes nach dem Gattungsbegriff des Patentanspruches 1.The present invention relates to an arrangement for monitoring a Danger area according to the preamble of claim 1.

Eine derartige Anordnung soll vorzugsweise Anwendung finden zur automatischen Überwachung des durch eine Vollschranke abgegrenzten Gefahrenraumes einer Bahnanlage.Such an arrangement should preferably be used for automatic Monitoring of the danger area of a rail system delimited by a full barrier.

Hierbei sollen im Gefahrenraum sowohl stehende als auch bewegliche Hindernisse und Objekte ab einer bestimmten Größe unabhängig von ihrer Beschaffenheit, d. h. metallisch oder nicht­ metallisch, erfaßt werden. Ferner soll die Anordnung unabhängig von der Witterung, d. h. von Regen, Nebel, Schnee, usw., betriebsbereit sein.Both standing and moving obstacles and objects should be in the danger zone from a certain size regardless of their nature, d. H. metallic or not metallic, can be detected. Furthermore, the arrangement should be independent of the weather, i.e. H. from Rain, fog, snow, etc., be ready for use.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches 1. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Anordnung sind den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.This problem is solved in accordance with the characteristic features of Claim 1. Further advantageous refinements of the arrangement according to the invention can be found in the dependent claims.

Anhand eines in den Figuren der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles sei im folgenden die Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:Using an exemplary embodiment shown in the figures of the accompanying drawing the invention is described in more detail below. Show it:

Fig. 1 eine Draufsicht auf den Gefahrenraum in Form einer Vollschrankenanlage; Figure 1 is a plan view of the danger zone in the form of a full barrier system.

Fig. 2 eine Seitenansicht der Anordnung gemäß Fig. 1; FIG. 2 shows a side view of the arrangement according to FIG. 1;

Fig. 3 Einzelheiten des Radar-Entfernungsmessers; FIG. 3 shows details of the radar range sensor;

Fig. 4 ein prinzipielles Blockschaltbild des Radars-Senders/Empfängers und der zugehörigen Auswerteschaltung; und Fig. 4 is a basic block diagram of the radar transmitter / receiver and the associated evaluation circuit; and

Fig. 5 ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Anordnung. Fig. 5 is a signal diagram for explaining the operation of the arrangement.

Gemäß den Fig. 1 und 2 ist ein viereckiger Gefahrenraum 10, der im vorliegenden Fall die Form eines Rhomboides (Parallelogrammes) aufweist, da eine Straße 12 die Gleise 14, 14′ unter einem von 90° abweichenden Winkel schneidet, durch zwei Schranken 16, 16′ abgegrenzt. In einem Eckpunkt des Rhomboides ist ein rotierender Radar-Entfernungsmesser 18 angeordnet, und in den verbleibenden Eckpunkten sind zur Begrenzung des Gefahrenraumes Tripelspiegel 20, 20′, 20′′ angeordnet. Gegebenenfalls können anstelle der Tripelspiegel auch aktive Elemente angeordnet werden. Ferner ist es möglich, Sektorelemente des Gefahrenraumes nach Länge und Winkel abzuspeichern und die Abtastung des Gefahrenraumes mittels elektronischer Mittel auf die abgespeicherten Sektorelemente zu begrenzen.Referring to FIGS. 1 and 2 is a square risk space 10 having the shape of a rhomboid (parallelogram) in the present case, since a road 12, the tracks 14, 14 intersects' at a 90 ° angle deviating by two barriers 16, 16 'delimited. In a corner point of the rhomboid, a rotating radar range finder 18 is arranged, and in the remaining corner points triple mirrors 20 , 20 ', 20 ''are arranged to limit the danger zone. If necessary, active elements can also be arranged instead of the triple mirror. Furthermore, it is possible to store sector elements of the danger zone in terms of length and angle and to limit the scanning of the danger zone to the stored sector elements by means of electronic means.

Bei vorhandenen Tripelspiegeln werden in einem Rechner bei der ersten Inbetriebnahme die Daten bezogen auf den Abstand und den Winkel der Tripelspiegel vom Radar- Entfernungsmesser gespeichert. Der Rechner berechnet zu jeder Winkelposition die spezifische Entfernung und speichert diese ab. Im normalen Arbeitsbetrieb tastet sodann der Sensor bei jedem Durchlauf nur den abgespeicherten Raum ab. Auch kann das individuelle Profil des Untergrundes, z. B. aufgeteilt in Sektoren von 10, als Referenz abgespeichert werden, um sodann in einem Korrelationsverfahren durch Vergleich den Gefahrenraum auf auftretende Objekte zu überwachen, wobei gewisse Schwellwerte der Beurteilung zugrunde gelegt werden können.In the case of existing triple mirrors, the data relating to the distance and the angle of the triple mirrors from the radar range finder are stored in a computer when it is started up for the first time. The computer calculates the specific distance to each angular position and saves it. In normal operation, the sensor then only scans the stored space with each pass. The individual profile of the substrate, e.g. B. divided into sectors of 10 , can be stored as a reference in order to then monitor the danger zone for objects occurring in a correlation process by comparison, wherein certain threshold values can be used as a basis for the assessment.

Befindet sich ein Gegenstand 22 bestimmter Größe, z. B. ein Fahrzeug oder eine Person auf der Fahrbahn-Oberfläche 24 im Gefahrenraum 10, so wird dieses Objekt erfaßt und z. B. das Schließen der Schranken 16, 16′ verhindert.There is an object 22 of a certain size, for. B. a vehicle or a person on the road surface 24 in the danger zone 10 , this object is detected and z. B. the closing of the barriers 16 , 16 'prevented.

Gemäß Fig. 3 ist der Radar-Entfernungsmesser 18, geschützt in einem runden Sensordom 30, auf einem Drehteller 32 angeordnet. Der Sensordom 30 besteht aus einer Rundumverkleidung 34 und einer Haube 36, wobei lediglich ein Radarfenster 38, welches auf den Abtastbereich abgestimmt ist, offen bleibt oder z. B. durch ein Acrylfenster verschlossen wird. Auf dem Drehteller 32 sind der Radar-Entfernungsmesser 18 mit Patch- oder Hornantenne angeordnet. Der Drehteller 32 wird durch einen Motor angetrieben, wobei die Position des Drehtellers 32 durch einen Positionscodierer, z. B. Resolver, erfaßt wird. Die Stromversorgung, die Ansteuersignale und Empfangssignale von dem Radar-Entfernungsmesser 18 werden über einen Schleifring, vorzugsweise induktiver Schleifring, übertragen, wobei die Ansteuerung und Regelung der Rotationseinheit und Interfaceelektronik durch einen Elektronikeinschub 40 geliefert bzw. ausgewertet werden, der in dem Sensordom 30 angeordnet ist. Motor, Resolver (Positionsgeber oder Codierer), induktiver Schleifring und Gehäuse mit Lagerung bilden die Rotationseinheit. According to FIG. 3, the radar range finder 18 , protected in a round sensor dome 30 , is arranged on a turntable 32 . The sensor dome 30 consists of an all-round cladding 34 and a hood 36 , with only one radar window 38 , which is matched to the scanning range, remaining open or z. B. is closed by an acrylic window. The radar range finder 18 with patch or horn antenna is arranged on the turntable 32 . The turntable 32 is driven by a motor, the position of the turntable 32 by a position encoder, e.g. B. resolver is detected. The power supply, the drive signals and receive signals from the radar range finder 18 are transmitted via a slip ring, preferably an inductive slip ring, the activation and control of the rotation unit and interface electronics being supplied or evaluated by an electronics module 40 which is arranged in the sensor dome 30 . Motor, resolver (position encoder or encoder), inductive slip ring and housing with bearing form the rotation unit.

Gemäß Fig. 4 umfaßt der Radar-Entfernungsmesser einen Antennenabschnitt 42, einen Sende/Empfangsabschnitt 44, einen Vorverstärker- und Filterabschnitt 46, einen Wandlerabschnitt 48 und einen Verarbeitungsabschnitt 50.According to Fig. 4 of the radar range sensor includes an antenna portion 42, a transmitting / receiving section 44, a preamplifier and filter section 46, a converting portion 48, and a processing section 50.

Der Antennenabschnitt 42 umfaßt z. B. eine Hornantenne oder Patchantenne 52, die zugleich als Sende- und Empfangsantenne dient. Im Sende/Empfangsabschnitt 44 wird ein Gunn- Oszillator 54 verwendet, dessen Frequenz über eine in seinen Hohlraumresonator integrierte Varactordiode spannungsgesteuert moduliert wird. Das von der Hornantenne 52 empfangene Signal wird einem Mischer 56 im Abschnitt 44 zugeführt und mit der Sendefrequenz demoduliert. Das demodulierte Signal wird einem Vorverstärker/Bandpaßfilter 58 im Abschnitt 46 zugeführt und sodann über einen Analog/Digital-Wandler 60 im Wandlerabschnitt 48 dem Verarbeitungsabschnitt 50 zugeführt.The antenna section 42 comprises e.g. B. a horn antenna or patch antenna 52 , which also serves as a transmitting and receiving antenna. A Gunn oscillator 54 is used in the transmit / receive section 44 , the frequency of which is modulated in a voltage-controlled manner via a varactor diode integrated in its cavity resonator. The signal received by the horn antenna 52 is fed to a mixer 56 in section 44 and demodulated with the transmission frequency. The demodulated signal is fed to a preamplifier / bandpass filter 58 in section 46 and then fed to processing section 50 via an analog / digital converter 60 in converter section 48 .

Der Verarbeitungsabschnitt 50 ist im wesentlichen durch einen digitalen Signalprozessor vorgegeben. Dieser umfaßt eine digitale Modulationsquelle 64, deren Modulationssignal über einen Digital/Analog-Wandler 62 dem Gunn-Oszillator 54 aufgeschaltet wird.The processing section 50 is essentially predetermined by a digital signal processor. This includes a digital modulation source 64 , the modulation signal of which is applied to the Gunn oscillator 54 via a digital / analog converter 62 .

Das von dem Wandlerabschnitt 48 kommende digitale Empfangssignal wird in dem digitalen Signalprozessor einer Fast-Fourier-Transformation 66 zur Ermittlung eines Leistungsdichtespektrums 68 unterzogen. Durch Korrelation von in einem Speicher 70 abgespeicherten Leistungsdichtespektren mit dem momentan empfangenen Leistungsdichtespektrum in einem Korrelator 72 können die Objekte und deren Abstand ermittelt werden, die eine Gefahrenmeldung hervorrufen.The digital received signal coming from the converter section 48 is subjected to a Fast Fourier transform 66 in the digital signal processor in order to determine a power density spectrum 68 . By correlating the power density spectra stored in a memory 70 with the power density spectrum currently received in a correlator 72 , the objects and their distance can be determined which cause a hazard message.

Fig. 5 veranschaulicht die Arbeitsweise des verwendeten Radarverfahrens, welches als ein frequenzmoduliertes Dauerstrichverfahren (FMCW) zu bezeichnen ist. Hierbei ist die Frequenz f(t) über der Zeitachse t aufgetragen. Fig. 5, the operation of the radar illustrates the method used, which can be described as a frequency modulated continuous wave (FMCW). Here, the frequency f (t) is plotted over the time axis t.

Die Arbeitsfrequenz f₀ beträgt z. B. 24,050 GHz und der Frequenzhub Δf beträgt z. B. 0,15 GHz. Das gesendete Signal ist durch eine ausgezeichnete Linie und das Echosignal durch eine gestrichelte Linie dargestellt, wobei das letztere um die Laufzeit 2r/c nacheilt (r = Abstand, c = Lichtgeschwindigkeit). Zu jedem Zeitpunkt t weicht die Frequenz f(t) des Echos von der Sendefrequenz um einen Betrag fD ab. Diese Zwischenfrequenz fD wird in dem Gegentaktmischer 56 durch Multiplikation der Sendefrequenz mit der Empfangsfrequenz gebildet. Ist die Modulationsperiode Tm = 1/fm und der Frequenzhub Δf fest vorgegeben, so gilt für fD die folgende Beziehung:The working frequency f₀ is z. B. 24.050 GHz and the frequency deviation Δf is z. B. 0.15 GHz. The transmitted signal is represented by an excellent line and the echo signal by a dashed line, the latter lagging by the running time 2r / c (r = distance, c = speed of light). At every point in time t, the frequency f (t) of the echo deviates from the transmission frequency by an amount f D. This intermediate frequency f D is formed in the push-pull mixer 56 by multiplying the transmission frequency by the reception frequency. If the modulation period T m = 1 / f m and the frequency deviation Δf are fixed, the following relationship applies to f D :

Aus dieser Beziehung erkennt man, daß bei konstantem Frequenzhub Δf und konstanter Differenzfrequenz fD die Zielobjektentfernung r umgekehrt proportional zur Modulationsfrequenz fm ist.From this relationship it can be seen that with a constant frequency deviation Δf and constant differential frequency f D the target distance r is inversely proportional to the modulation frequency f m .

Claims (6)

1. Anordnung zur Überwachung eines Gefahrenraumes, insbesondere von Vollschranken- Bahnübergängen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
  • a) ein rotierender Radar-Entfernungsmesser (18) ist zur horizontalen Abtastung am Rand des Gefahrenraumes (10) angeordnet;
  • b) auf der Umgrenzung des Gefahrenraumes (10) sind Referenz-Markierungspunkte (20, 20′, 20′′) angeordnet;
  • c) mit dem Radar-Entfernungsmesser (18) ist ein Rechner (DSP-50) verbunden, der
    • α) in einem Speicher (70) Daten bezogen auf den Abstand und den Winkel der Markierungspunkte (20, 20′, 20′′) sowie sektorweise Referenzdaten des abgetasteten Bereichs enthält, und der
    • β) mittels eines Korrelators (72) durch Vergleich der Referenzdaten mit den abgetasteten Daten und durch Vorgabe eines Schwellwertes ermittelte Objekte (22) im Gefahrenraum (10) signalisiert.
1. Arrangement for monitoring a danger zone, in particular full barrier level crossings, characterized by the following features:
  • a) a rotating radar range finder ( 18 ) is arranged for horizontal scanning at the edge of the danger zone ( 10 );
  • b) on the boundary of the danger zone ( 10 ) reference marking points ( 20 , 20 ', 20 '') are arranged;
  • c) with the radar range finder ( 18 ) is connected to a computer (DSP-50)
    • α) contains in a memory ( 70 ) data related to the distance and the angle of the marking points ( 20 , 20 ', 20 '') and sector-by-sector reference data of the scanned area, and
    • β) by means of a correlator ( 72 ) by comparing the reference data with the sampled data and by specifying a threshold value, objects ( 22 ) in the danger zone ( 10 ).
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Radar- Entfernungsmesser (18) einen frequenzmodulierten Dauerstrich-Sender (FMCW) aufweist.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the radar range finder ( 18 ) has a frequency-modulated continuous wave transmitter (FMCW). 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mischer (56) angeordnet ist, dem das Sendesignal und das Echosignal aufgeschaltet wird, um ein Differenzsignal fD zu ermitteln.3. Arrangement according to claim 2, characterized in that a mixer ( 56 ) is arranged, to which the transmission signal and the echo signal is applied in order to determine a difference signal f D. 4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelten Differenzsignale fD nach Analog/Digital-Wandlung einem digitalen Signalprozessor (50) zugeführt werden, der mittels einer Fast-Fourier-Transformation (66) ein Leistungsdichtespektrum (68) errechnet, das mit einem abgespeicherten Leistungsdichtespektrum (70) korrelativ verglichen wird.4. Arrangement according to claim 3, characterized in that the determined differential signals f D after analog / digital conversion are fed to a digital signal processor ( 50 ) which uses a Fast Fourier transform ( 66 ) to calculate a power density spectrum ( 68 ) which is correlatively compared with a stored power density spectrum ( 70 ). 5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Radar- Entfernungsmesser (18) auf einem Drehteller (32) in einem Gehäuse (30) gelagert ist und über eine Rotationseinheit mit Positionscodierer und einen induktiven Schleifring mit einem Elektronikeinschub (40) in Verbindung steht. 5. Arrangement according to claim 1, characterized in that the radar range finder ( 18 ) is mounted on a turntable ( 32 ) in a housing ( 30 ) and via a rotary unit with position encoder and an inductive slip ring with an electronics module ( 40 ) in connection stands. 6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Referenz- Markierungspunkte (20, 20′, 20′′) als aktive Elemente ausgebildet sind.6. Arrangement according to claim 1, characterized in that the reference marking points ( 20 , 20 ', 20 '') are designed as active elements.
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