DE19746084A1

DE19746084A1 - Verfahren zum Betreiben eines Erfassungssystems für Eindringlinge

Info

Publication number: DE19746084A1
Application number: DE19746084A
Authority: DE
Inventors: Ronald Walter Clifton; Douglas Hamilton Taylor
Original assignee: Senstar Stellar Corp
Current assignee: Senstar Stellar Corp
Priority date: 1996-10-17
Filing date: 1997-10-17
Publication date: 1998-04-30
Also published as: GB2318436A; GB2318436B; CA2202117C; US5914655A; CA2202117A1; GB9721955D0

Description

BEREICH DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft das Gebiet von Erfassungssystemen für Eindringlinge und insbesondere ein Erfassungssystem für Ein dringlinge, welches automatisch Änderungen in der Umgebung kompensieren kann.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Erfassungssysteme für Eindringlinge werden verwandt, um einen Alarm auszulösen, wenn ein Eindringling in eine Erfassungszone eindringt. Zum Beispiel kann ein Paar von einander beabstande ter, undichter Coaxialkabelantennen um ein Gefängnis oder um ein millitärisches Flugfeld eingegraben werden. Dabei wird ein an einer Antenne angelegtes HF-Signal (Hochfrequenzsignal) von der anderen Antenne empfangen. Eine Person, die in das HF-Feld eintritt, stört dieses Feld und diese Störung kann von einer Einrichtung erfaßt werden, die an der empfangenen Antenne an geschlossen ist, wobei diese Einrichtung Phasen- und/oder Amplitudenänderungen in dem empfangenen HF-Feld bezüglich des übertragenen Signals erfaßt.

Derartige Erfassungssysteme für Eindringlinge können verschie dene Formen aufweisen, z. B. derart, daß die eine einzelne Länge der Antenne verwendet wird, und derart, daß die den zu bewachenden Umfang in Blöcke aufteilt werden usw. Außerdem sind diese Formen nicht darauf beschränkt, HF-Signale zu ver wenden. Zum Beispiel verwenden einige Erfassungssysteme für Eindringlinge Vibrationsdetektoren, die an Zäunen, Fenstern oder anderen Strukturen usw. angebracht sind, die überwunden werden können, und zwar separat oder in Kombination mit ande ren Detektoren.

Beispiele derartiger Erfassungssysteme für Eindringlinge sind beschrieben in den US-Patenten Nr. 4,562,428 vom 31. Dezember 1985, 4,994,785, vom 19. Februar 1991 und 4,887,069, vom 12. Dezember 1991, der Senstar Corporation.

Derartige Erfassungssysteme für Eindringlinge werden oft durch Regen beeinflußt. Zum Beispiel kann Regen den Feuchtigkeitsge halt der Erde erhöhen, wodurch die Elektrizitätskonstante ei nes Mediums geändert wird, welches ein HF-Feld trägt, das zu erfassen ist. Regen und Wind können Vibrationen verursachen, die die Detektoren zu einem Alarm veranlassen. Systeme von Er fassungssysteme für Eindringlinge können beeinflußt werden durch Feuchtigkeit, Beleuchtung sowie elektromagnetische In terferenzen (EMI), und auch noch von Regen und Wind. Diese Faktoren können einen nachteiligen Betrieb der Erfassungssy steme für Eindringlinge verursachen, deren Empfindlichkeit er höhen oder absenken, falsche Alarme verursachen usw.

Es sind verschiedene Techniken verwandt worden, um die Anfäl ligkeit derartiger Systeme von der Umwelt zu reduzieren, wobei diese in verschiedene Kategorien fallen: (a) Erfassen des Aus gangs von jedem Detektor des Erfassungssystems an einem zen tralen Ort und Modifizieren eines Alarmanzeigeschwellenwertes an diesem zentralen Ort mit den Ausgangssignalen der Sensoren, die oberhalb des einen Alarm verursachenden Schwellenwertes liegen und (b) Variieren eines Alarmschwellenwertes an einem lokalen Detektor durch lokales Erfassen eines Störfaktors.

Allerdings stellt keiner dieser Fälle einen optimalen Betrieb sicher. Zum Beispiel kann in dem ersten Fall der zentrale Pro zessor dazu notwendig sein, um eine Verarbeitung der Erfas sungssignale für alle individuellen Sensoren durchzuführen, was einen extrem komplexen zentralisierten Algorithmus notwen dig macht. Des weiteren müssen die Signale von jedem Sensor zu dem zentralen Prozessor übermittelt werden, was uneffektiv ist sowie Verarbeitungsleistung verschwendet. Falls daher ein Sen sor ein "außerhalb des Bereichs liegendes"-Signal erfaßt, das von der Umwelt vorgespannt ist, übermittelt diese eine redundante Information zu dem zentralen Prozessor. In dem zweiten Fall ist es nicht möglich, akkurat festzustellen, daß das Sensorsignal durch eine gewöhnliche Umweltstimulierung verursacht wird, weil jeder Detektor für sich alleine handelt. Daher kann ein Detektor absichtlich von einem festgestellten Eindringling desensibilisiert werden, und zwar vor seinem Ein tritt in die Erfassungszone.

Zum Beispiel stellen die Sensoren des US-Patents 4,857,912 "EIN" und "AUS" Eingänge für eine zentrale Prozeßeinheit (CPU) zur Verfügung, welche die Eingänge der Sensoren gewich tet, Durchschnittswerte von diesen bildet und dann einen Schwellenwert errichtet, der oberhalb eines einen Einbruch an gebenden Schwellenwertes liegt. Während dieses Patent aussagt, daß die Operationsparameter der CPU durch das Einstellen der Gewichtungsfaktoren unter variierenden Bedingungen für die Sensoren geändert werden können, wodurch der Schwellenwert für den Alarm variiert werden kann, schreibt dieses Patent nicht das Variieren der Parameter der individuellen Sensoren als ein Ergebnis erfaßter Umweltbedingungen vor. Die "EIN" und "AUS"-Daten von den Sensoren werden der CPU übermittelt, und es wird die gesamte Gewichtung an diesem zentralen Ort durch geführt, und zwar an allen von den Sensoren ankommenden Daten.

Gemäß dem U.S. Patent 4,977,527 werden die von einer Vielzahl von Sensoren zu der CPU zurückkehrenden Signale von einem in der CPU abgelegten Empfindlichkeitspegel vorgespannt. Jeder Sensor wird kalibriert durch Senden eines Steuersignals zu ihm und durch Messen seiner Antwort. Das Ergebnis, das in der CPU gespeichert ist, wird verwandt, um die von den Sensoren emp fangenen Signale auszuwerten, und zwar sowohl als Wert als auch deren Entstehungsprotokoll. Allerdings übernimmt dieses System nicht die Driftdaten der Vielzahl von Sensoren und ver wendet diese als Kalibrierungsparameter entweder bei einem zentralen Prozessor oder für jeden der Sensoren selbst. Es wird für jeden Sensor eine lineare Antwortkurve erzeugt, die, wenn sie mit den Empfindlichkeitsdaten verwandt wird, einen Schwellenwertpegel für den Alarm für jeden Detektor erzeugt, wodurch sichergestellt ist, daß jede Detektorantwort einheit lich ist für die Umgebungsbedingungen. Allerdings wird die Empfindlichkeit für jeden Sensor nicht korrigiert, um Umwelt bedingungen zu kompensieren.

Bei dem U.S. Patent 5,170,359 übermittelt eine Vielzahl von Sensoren kontinuierliche Sensordaten durch Erfassungsprozesso ren für transiente Geschehnisse, welche Prozessoren transiente Daten einem zentralen Speicher zuführen für eine Verarbeitung durch einen zentralen Prozessor. Jeder der Erfassungsprozesso ren für transiente Geschehnisse paßt sich individuell an, um nicht interessierende Variationsdaten der Umwelt zu ignorie ren, z. B. Störungen durch Wind usw.

Dieses System variiert nicht die Umweltdatenempfindlichkeit der Erfassungsprozessoren für transiente Geschehnisse, die von anderen Sensoren erzeugt wird, sondern lediglich die Daten, die von einem zugeordneten Sensor eingegeben werden. Daher ist es nicht möglich zu wissen, ob die Stimulation eine alle De tektoren beeinflussende Umweltbedingung ist oder nicht.

Das US-Patent 5,267,180 beschreibt ein Feueralarmsystem, in welchem eine lokale CPU jedem Feuersensor zugeordnet ist. Die Sensordaten werden nach der Verarbeitung in der lokalen CPU einem zentralen Feuerempfänger übermittelt. Der zentrale Feu erempfänger enthält eine zentrale CPU, die ein Feuer anzeigt, falls die von dem zentralen CPUs erhaltenen Daten bestimmte Regeln erfüllen, die ein Gewichten enthalten. Diese Regeln sind zentral gespeichert, und es werden die Gewichtungen zen tral durchgeführt, um einen Wert für die Wahrscheinlichkeit eines Feuers zu erhalten. Allerdings existiert hier keine Rückführung zu den lokalen CPUs von allgemeinen Umweltdaten, welche diese gegen die Erzeugung von Signalen, die aus gewöhn lichen Änderungen der Umwelt resultieren, desensibilisieren oder vorspannen.

Das U.S. Patent 3,947,834 beschreibt ein Erfassungssystem für Eindringlinge, welche einen Sensor enthält, der externe Stör parameter abtastet, wie z. B. Zaunschwingungen, Windgeschwin digkeit, Regenwerte usw., und durch eine automatische Schwund regelung (AGC) das System auf Eindringlingssysteme desensibili siert. Allerdings weist dieses System lediglich ein einzelnes Verarbeitungssystem für einen Eindringlingsdetektor auf, wel ches desensibilisiert wird.

Das U.S. Patent 5,465,080 beschreibt eine Vielzahl einzelner (Infrarot-)Sensoren, welche Hintergrundsignale erzeugen, die über die Zeit integriert werden, um ein "Stör"-Signal zu er halten, welches mit einem Ausgangssignal eines Sensors vergli chen wird, um einen Schwellenwertsignal festzustellen. Dabei zeigt ein Sensorsignal, das den Schwellwert übersteigt, das Vorhandensein eines Eindringlings an. Allerdings ist kein kom mulierender Sensor für eine Desensibilisierung aufgrund von Umwelteinflüssen enthalten.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Auf der anderen Seite erfaßt die vorliegende Erfindung die Auswirkungen von Änderungen der Umwelt von teilweise verarbei teten Daten, die von jedem der Sensoren von einem zentralen Ort ermittelt werden, und sie leitet daraus, als ein Resultat davon, ein Steuersignal oder -signale ab, die zurück zu den Sensoren übermittelt werden, wodurch veranlaßt wird, daß diese ihre Erfassungsempfindlichkeiten ändern. Dies führt dazu, daß Umweltfaktoren von diesen Sensoren im wesentlichen ignoriert, oder zumindest teilweise ignoriert werden. Da die individuel len Prozessoren das Erfassungssignal vorverarbeiten können, müssen deutlich weniger Daten von jedem Detektor zum Hauptende gesandt werden, wodurch Leistung eingespart und die Bedingun gen für die zentrale Verarbeitung usw. verringert werden kön nen. Dies ermöglicht eine Kostenreduzierung, da leistungs schwächere Prozessoren verwandt werden können, reduziert den Bedarf an Übertragungsbandbreite und reduziert auch die Mög lichkeit einer Erzeugung von falschen Alarmsignalen.

Falls in der vorliegenden Erfindung ein Sensor eine große Ab weichung von den anderen aufweist, würde dieses ein Problem anzeigen, das heißt, einen Fehler oder einen Alarm. Allerdings führen ähnliche Änderungen (z. B. verursacht durch Regen, Käl te, Hitze, Drift usw.), die bei vielen Sensoren auftreten, da zu, daß die zentrale Steuerung Mitteilungen aussendet, um ei nen dieser Detektoren für Eindringlinge auszuwählen, um dessen Erfassungsparameter zu variieren, um so dadurch die Änderungen im wesentlichen zu ignorieren.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfaßt ein Verfahren zum Betreiben eines Erfassungssystems für Eindringlinge die Schritte:
Verfahren zum Betreiben eines Erfassungssystems für Eindring linge, mit: (a) Anwenden einer Vielzahl von Eindringling- Sensoren angrenzend an oder in einem zu schützenden Bereich, (b) Übertragen von Signalen von jedem Sensor zu einem Prozes sor, wobei die Signale sich auf zumindest eine lokale Umwelt bedingung beziehen, (c) Verarbeiten dieser Signale, um eine allgemeine Umgebungsbedingung festzulegen, die diesen Ein dringling-Sensoren zugeordnet ist, (d) Übertragen eines Steu ersignals zu jedem dieser Sensoren und (e) automatisches Ju stieren dieser Sensoren in Abhängigkeit von diesem Steuersi gnal, um deren Erfassungsparameter substantiell zu variieren.

Gemäß einer anderen Ausführungsform umfaßt ein Verfahren zum Betreiben eines Detektors für Eindringlinge die Verfahrens schritte: Verfahren zum Betreiben eines Eindringlingdetektors, mit den Schritten: (a) Anwenden einer Vielzahl von Eindring ling-Sensoren angrenzend an oder innerhalb eines zu schützen den Bereichs, (b) Verarbeiten einer erfaßten Umgebungsbedin gung durch jeden der Sensoren mittels eines Erfassungsalgo rithmus, (c) Verarbeiten von Werten ähnlicher Parameter dieses Erfassungsalgorithmus, um allgemeine Verarbeitungsparameter werte festzulegen, und (d) Verwenden dieser allgemeinen Para meterwerte von jedem der Erfassungsalgorithmen in jedem Sensor zum darauffolgenden Verarbeiten einer Umgebungsbedingung.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Ein besseres Verständnis der Erfindung ergibt sich unter Be rücksichtigung der folgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen, in denen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm ist zur Darstellung des Systems in allgemeiner Form;

Fig. 2 ein Blockdiagramm ist zur Darstellung des Systems in detaillierter Form;

Fig. 3 ein Blockdiagramm ist zur Darstellung eines Sensors in einer noch detaillierten Form;

Fig. 4 ein Flußdiagramm eines Verarbeitungsalgorithmus ist, der von jedem der Sensoren verwandt wird;

Fig. 5 ein Flußdiagramm eines Verarbeitungsalgorithmus ist, der von dem zentralen Controller verwandt wird;

Fig. 6 ein Graph ist einer typischen Antwort einer Vielzahl von Sensorzonen, wenn Regen beginnt einzusetzen; und

Fig. 7 ein Graph ist bezüglich einer Antwort von einer Vielzahl von Sensorzonen während der Verarbeitung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die folgende Beschreibung wird auf ein Beispiel eines HF-Erfassungssystems für Eindringlinge gerichtet sein, welches eingegrabene, undichte Koaxialkabel als Sensorelemente (Sensoren) verwendet. Allerdings wird ein Fachmann auf diesem Gebiet erkennen, daß die Prinzipien der Erfindung zusätzlich auch angewandt werden können auf nicht eingegrabene HF-Systeme und/oder auf andere Detektoren, wie z. B. Schwingungssensoren.

Die Fig. 1 zeigt allgemein eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung. Ein Paar von Sensorkabeln 1A, das zum Schutz von Zonen angeordnet ist, z. B. Zone 1, Zone 2, . . . Zone 2N, ist mit elektronischen Sensor-Hilfssystemen verbunden, welche im folgenden hierin als Sensoren 1 bezeichnet werden, da die Hilfssysteme sowohl ein Signal an ein Kabel der Zone anlegen, als auch das von dem anderen Kabel erhaltene Signal erfassen und das Erfaßsignal verarbeiten. Die Sensoren stehen mit einem zentralen Controller 3 über einige Datenübertragungseinrich tungen in Verbindung, welche eine Zweiwegekommunikation zwi schen dem zentralen Controller und jedem der Sensoren zulas sen. Derartige Zweiwegkommunikationseinrichtungen sind gut be kannt, wie z. B. als Mehrpunktverbindungen über die Sensorka bel selbst, und zwar mittels Durchgehen von einer Zone zu der anderen über HF-Sperrkreise. Die zur Datenkommunikation der Sensoren 1 und des zentralen Prozessors 3 zugehörigen Struktu ren sind detailliert in der Fig. 2 dargestellt. Jeder Sensor enthält einen Mikroprozessor 4, der an den Ausgang eines Emp fangsverstärkers 5 sowie an den Eingang eines Sendeverstärkers 6 angeschlossen ist. Die Verstärker sind mit den Datenkommuni kationseinrichtungen 5 verbunden, welche, z. B. die Sensorka bel 1A selbst sein können (wobei eine geeignete Anwendung ei ner HF-Sperre zwischen den verwandten Kabel angenommen wird).

In jeder Zone wurde über einen erfolgreichen Prototyp der Er findung ein 40,68 MHz Signal zu dem übertragenden, undichten Kabel übermittelt, wobei ein Teil davon kontinuierlich an dem empfangenen, undichten Kabel angeschlossen war. Ein in der Nä he der Kabel befindlicher Eindringling bewirkt eine Änderung bei der Kopplungsamplitude oder -phase, die von dem Sensor 1 erfaßt wird.

Der zentrale Controller 3 besteht aus einem Minicomputer 9 oder Arbeitsplatzrechner (PC), der an dem Ausgang eines Emp fangsverstärkers 10 sowie an dem Eingang eines Sendeverstär kers 11 angeschlossen ist. Die Verstärker 10 und 11 sind an den Kabeln 1A angeschlossen.

Als Kommunikationseinrichtung zwischen den Sensoren und dem zentralen Controller 3 können auch andere Einrichtungen als die beschriebenen Kabel verwandt werden, und die Erfindung ist nicht auf die Verwendung der Sensorkabel für die Kommunikation begrenzt.

Die Verstärker 5, 6, 10 und 11 enthalten auch Datentreiber und -empfänger, welche Daten zu und von den Sensoren und dem zen tralen Controller übertragen und empfangen können.

Die Fig. 3 zeigt einen Sensor in detaillierter Form. Da bei dem dargestellten Beispiel zwei Zonen an jedem Sensor ange schlossen sind, sind zwei Kanäle (Kanal 1 und Kanal 2, einen für jede der zwei Zonen) dargestellt. Es wird allerdings le diglich ein Kanal beschrieben werden, weil die Prinzipien äquivalent an jedem der zwei Kanäle und an jedem der Sensoren anwendbar sind.

Ein Datenkoppler 13, der aus den Empfangs- und Sendeverstär kern 5 und 6 bestehen kann, empfängt das HF-Signal und legt dieses über einen Verstärker 15 an einem synchronen Quadratur demodulator 17 an. Ein HF-Signalerzeuger 19 liefert das HF-Signal, z. B. 40,68 MHz, welches über einen Verstärker 21 so wie dem Datenkoppler 13 an das Übertragungskabel 1A angelegt wird, und welches auch noch an dem Demodulator 17 angelegt wird. Das Ergebnis der Demodulation sind gleichgetaktete (I) und qudaraturverschobene Signale (Q), welche zu den zu dem empfangenen Kabel empfangenen Signalen proportional sind.

Die I- und Q-Signale werden über einen Analog-/Digital-Kon verter (A/D) 21, in welchem sie digitalisiert werden, einem lokalen Mikroprozessor 25 angelegt.

Die digitalisierten I- und Q-Signale werden in dem Mikropro zessor 25 mittels eines Erfassungsalgorithmus verarbeitet, was im folgenden beschrieben werden wird, und welcher ein digita les Hochpaßfilter enthält. Dieses Filter ignoriert konstante oder sich langsam bewegende Komponenten in den I- und Q-Signalen. Die gefilterten I- und Q-Signale werden dann zu ei nem Größensignal kombiniert, welches mit einem Erfassungs schwellenwert verglichen wird.

Falls dieser Schwellenwert überschritten wird, wird ein Alarm erklärt und der zentralen Steuerung übermittelt. Der Schwel lenwert wird bevorzugt während der Installation des Systems festgesetzt und kann von Sensor zu Sensor variieren sowie von Zone zu Zone variieren, und zwar aufgrund der variierenden Empfindlichkeiten auf Eindringlinge, welche verursacht werden durch variierende Wertzustände.

In der Fig. 4 ist ein Flußdiagramm des Algorithmus darge stellt. Das I-Signal wird verarbeitet von dem Filter

und das Q-Signal wird verarbeitet von dem ähnlichen Filter

In den oben angegebenen Formeln ist der Wert I_n der aktuelle Tastwert des I-Signals und der Wert Q_n ist der aktuelle Tastwert des Q-Signals. Der Wert T bezieht sich auf die Grenz frequenz des Hochpaßfilters mittels gut bekannter Formeln, die aus der Literatur bezüglich digitaler Signalverarbeitungen entnehmbar sind.

In einem erfolgreichen Prototyp der Erfindung wurde der Wert T anfänglich auf 512 festgesetzt, was zu einer Grenzfrequenz von 0,005 Hz führte.

Die ΔI- und ΔQ-Signale, die aus den oben angegebenen Verarbei tungsschritten resultieren, wurden dann kombiniert, um ein Größensignal ΔM_n zu bilden, und zwar in dem nächsten in der Fig. 4 gezeigten Schritt gemäß dem Algorithmus

Anschließend wird der Wert ΔM mit dem oben genannten Alarm schwellenwert verglichen. Falls er diesen Schwellenwert über steigt, wird ein Alarm erklärt, der entweder lokal für eine spätere Übertragung abgespeichert werden kann, falls dies nach einer weiteren Verarbeitung gewünscht wird, oder zu dem zen tralen Controller unmittelbar übertragen werden kann.

Falls dieser Wert ΔM nicht den Schwellenwert übersteigt, wer den die nächsten erfaßten Werte von I und Q aktualisiert und durch die Algorithmen (1) und (2), die oben angegeben sind, verarbeitet. Dieser Prozeß wird kontinuierlich wiederholt.

Die I- und Q-Signale werden bevorzugt mit einer Rate von 17,5 × pro Sekunde verarbeitet, was schnell genug ist, um den schnellsten menschlichen Eindringling zu erfassen. Für jeden individuellen Sensor sollte die Größe der Daten ΔM in digita ler Form dem zentralen Controller zugesandt werden. Allerdings kann diese auch mit einer Rate von lediglich einem Taktwert pro Sekunde übertragen werden. Dies reduziert sehr stark die Belastung des Datenkommunikationsnetzwerkes zwischen den Sen soren und dem zentralen Controller bezüglich bekannter Syste me.

Der Mikroprozessor 25 sollte eine Liste von Erfassungsalgo rithmusparameter einschließlich der Zeitkonstanten T des Hoch paßfilters und der Größe ΔM in einer Reihe von Direktzugriffs speicherplätzen (RAM) aufbewahren (diese sind nicht darge stellt, da sie als einen Teil des Mikroprozessors 25 angenom men werden), auf welche der Erfassungsalgorithmus zugreifen kann. Die Größe ΔM sollte ausgelesen werden und das in dem RAM abgespeicherte Kombinationsprogramm sollte eine Nachricht, die diese Werte sowie einen aktuellen Zeitindex enthält, dem zen tralen Controller bevorzugt einmal pro Sekunde zusenden.

Die Werte von ΔM sollten angesehen werden als die Umgebungsbe dingung, die dem zentralen Controller übermittelt wird.

Der zentrale Controller, der ein Rechner des Arbeitsplatzrech nertyps (PC) sein kann, empfängt den Wert ΔM von den Sensoren, führt ein Umgebungs-Kennzeichnungsunterprogramm durch, z. B. für einen Regenzustand. Wenn er Regen erfaßt (was festgelegt wird von den Daten, die ihm von einer Vielzahl oder von allen Detektoren übermittelt wird), das heißt, er ermittelt, daß der Regenzustand sich verändert von falsch zu richtig, überträgt er eine Nachricht, die einen geeigneten Satz von Erfassungsal gorithmusparametern enthält, zu jedem der Sensoren, die die gewöhnlichen Umgebungsparameter zur Verfügung gestellt haben. Sobald die Sensoren die Parameter von dem zentralen Controller empfangen, ändert jeder der Detektoren seine Parameter, und zwar in eine Richtung, um im wesentlichen die von dem Regen verursachten Sensorsignale zu ignorieren.

Die jedem der Sensoren übertragenen Parameter enthalten eine Filter-Zeitkonstante T, welche sich lediglich während des Re gens (oder andere Umwelteinflüsse) ändern wird. Bevorzugt sollte sich der Wert derart ändern, daß T sich auf T/4 verän dert, es kann aber auch ein anderer Wert genommen werden, der diese Bedingungen wiedergibt.

Wenn der Algorithmus bei dem zentralen Controller feststellt, daß die Regenbedingung geändert worden ist von wahr zu falsch, überträgt der eine Nachricht zu jedem der Sensoren, die die nominellen Erfassungsalgorithmusparameter enthält.

Die Fig. 5 zeigt in Form eines Blockdiagramms einen Algorith mus, der von dem zentralen Prozessor durchgeführt wird, der die Bedingung des Regens (oder einige andere Umweltbedingun gen) erfassen kann. Die Daten von jedem Sensor werden entspre chenden Kanälen, Kanal 1, Kanal 2, . . . Kanal N, eingegeben. Da jeder der Kanäle gleich aufgebaut ist, wird lediglich die Verarbeitung unter Verwendung eines Kanals beschrieben.

Die zu jeder Sekunde von einem Sensor ankommenden Daten werden tiefpaßgefiltert und untergeordnet abgetastet. In einem er folgreichen Prototyp der Erfindung wurde ein 21-stufiges digi tales Filter des Typs eines zeitdiskreten Systems mit endli cher Impulsantwort (FIR) sowie einen Nebentaktfaktor von 8 verwandt. Es können allerdings auch andere Werte verwendet werden, und es kann eine Nebentaktrate von beispielsweise 2 oder 4 benutzt werden. Bei einem Nebentaktfaktor von 8 treten die bei diesem Verarbeitungsschritt hervorkommenden Daten bei einer Rate von einer Taktung alle 8 Sekunden für jeden Kanal auf (jede Sensorzone).

Die Größe der Daten wurden normalisiert. Da die individuellen Zonenkabel in unterschiedlichen Arten von Erde eingegraben sein können, kann die Antwort auf Regen in den verschiedenen Zonen mit verschiedenen Größen auftreten. Allerdings wird die Antwort auf Regen der individuellen Zonen proportional zur Antwort eines Eindringlings sein. Daher kann der Eindringlin gerfassungsschwellenwert, der für jede individuelle Zone ver wandt wird, als eine Basis für die Normalisation benutzt wer den.

Eine Skalierungstechnik, die verwandt werden kann, besteht aus dem Teilen der gefilterten, nebengetakteten Größenwerte durch den Soll-Erfassungsschwellenwert. In einer bevorzugten Ausfüh rungsform sollte der zentrale Controller die individuellen Zo nenschwellenwerte mittels eines Kommunikationsnetzwerkes von Sensoren kennen, diese können alternativ aber auch in der zen tralen Steuerung von einem Techniker bei der Installation des Systems eingespeichert werden.

Alternativ können aber auch andere Skalierungstechniken ver wandt werden, z. B. derartige, die auf einer Kompensation des Schwellenwerts und einer Nachschlagtabelle usw. basieren.

Nunmehr wird auf die Fig. 6 bezug genommen, in welcher ein Graph einer typischen Antwort von einer Vielzahl von Sensorzo nen zum Zeitpunkt des Beginns von Regen dargestellt ist. Der Graph zeigt die gefilterten, nebengetakteten, normalisierten Größensignale von jeder der elf Zonen in dem zentralen Prozes sor als eine Funktion von der Zeit. Es kann aus dem Graph ent nommen werden, daß der Regen dort beginnt, wo der Größenwert für die meisten der Zonen simultan ansteigt. Ein sich langsam bewegender Eindringling würde eine ähnliche Änderung lediglich in einer oder höchstens zwei Zonen bewirken.

Es ist bevorzugt, daß der zentrale Prozessor ein Verfahren der konstanten Falschalarmrate (CFAR) verwenden sollte, um eine simultane Änderung in dem Stärkesignal verschiedener individu eller Zonen, die ähnlich derjenigen der in Fig. 6 gezeigten sind, zu identifizieren und eine Regenbedingung abzuleiten, wenn immer dieser Zustand erfüllt ist. Der Erfassungsschwel lenwert sollte festgesetzt werden auf der Basis eines Durch schnittswertes von den nebengetakteten, skalierten Stärkewer ten über alle Zonen und für eine Zeitperiode T_CFAR. Die Zeitpe riode ist bevorzugt von einem Techniker einstellbar, kann aber einen voreingestellten Wert von 2 Minuten betragen. Der CFAR-Schwellenwert sollte berechnet werden als ein CFAR-Faktor, der ebenfalls einstellbar sein sollte, er kann aber einen vorein gestellten Wert einnehmen, der zweimal größer als der Durch schnittswert ist.

Regen sollte erkannt werden, wenn zwei Bedingungen erfüllt sind: (a) der aktuelle Durchschnittswert bezüglich der indivi duellen Zonen der nebengetakteten, skalierten Stärke sollte größer sein als der CFAR-Schwellenwert, und (b) die Werte der nebengetakteten skalierten Stärke für n oder mehr Zonen sollte oberhalb des CFAR-Schwellenwertes liegen. Der Wert des Parame ters n sollte ebenfalls einstellbar sein, und zwar mit einem voreingestellten Wert, der vorzugsweise gleich der gesamten Anzahl von Zonen dividiert durch drei ist, aber nicht geringer als drei Zonen betragen soll.

Die Fig. 7 zeigt die Größen- bzw. Stärkewerte über der Zeit, wie auch in der Fig. 6, zeigt aber zudem die aktuelle Zeit so wie das CFAR-Durchschnittsfenster. Wie gesehen werden kann, sollte das Zeitfenster, über welchem der CFAR-Durchschnitts wert zu berechnen ist, hinter dem tatsächlichen Zeitwert nach eilen. Dieses stellt sicher, daß graduell ansteigende Stärke werte, die auftreten können, wenn ein leichter Regen beginnt und dann in der Intensität ansteigt, den CFAR-Schwellenwert nicht graduell zum Ansteigen zwingen, so daß die Regenbedin gung nie erfüllt ist. Die Verzögerung zwischen dem CFAR-Zeitfenster und dem aktuellen Wert ist ebenfalls bevorzugt ein einstellbarer Parameter, kann aber einen voreingestellten Wert von 3 Minuten betragen.

Wenn eine Regenbedingung erklärt worden ist, sollte der aktu elle Wert des CFAR-Durchschnitts gesichert werden. Dann sollte das Zeitfenster, über welches der CFAR-Durchschnitt berechnet wird, bewegt werden, so daß der Beginn des Zeitfensters mit dem Beginn des Regenalarms übereinstimmt. Die Regenbedingung wird für TCFAR Minuten aufrechterhalten, bis ein neuer Wert des CFAR-Durchschnitts verfügbar ist, der vollständig während der Regenperiode berechnet worden ist.

Darauffolgend sollte der CFAR-Durchschnitt verglichen werden mit dem gesicherten CFAR-Durchschnitt, einen Nicht-Regen-CFAR-Fak tor festgelegt, und die Regenbedingung sollte als vergangen erklärt werden, wenn ersterer unterhalb letzterem fällt. Der Nichtregen-CFAR-Faktor ist bevorzugt ein einstellbarer Parame ter, wobei der voreingestellte Wert 1,2 betragen kann.

Um die Verarbeitungslast zu reduzieren, braucht der CFAR-Durchschnitt nicht immer dann erneut berechnet werden, wenn neue Werte der nebengetakteten, normalisierten Größe bzw. Stärke verfügbar werden. In einer erfolgreichen Ausführungs form wurde der CFAR-Faktor alle T_CFAR/2 Minuten aktualisiert.

Es ist sicherlich erkennbar, daß einige Zonen einer Installa tion nicht von dem Regen (oder einiger anderer Umweltfaktoren) beeinflußt werden, oder aber in einer anormalen Art und Weise beeinflußt werden. Daher können gewisse Zonen aus dem Algo rithmus ausgeschlossen werden und deren Parameter können von der Einstellung in dem zentralen Prozessor ausgeschlossen wer den.

Der Begriff Vielzahl von Sensoren in dieser Beschreibung be deutet daher entweder alle Sensoren in einem System oder aber lediglich einige Sensoren des Systems.

Der Begriff Umgebungszustand, der erfaßt worden ist, ist der art zusammengesetzt vorgesehen, daß er Parameterwerte be trifft, die von irgendetwas von dem Sensor erfaßten resultie ren, ob sie von Regen resultieren, Hitze, einige andere Um weltbedingungen, von dem Vorhandensein eines tatsächlichen Eindringlings, oder von dem Vorhandensein irgendeines anderen Wesens, wie z. B. einem Tier, eines sich bewegenden Wesens, wie z. B. Automobil, des Wackelns eines Zaunes usw.

Während die oben gegebene Beschreibung auf die Umweltbedingung eines Regenfalls gegeben worden ist, sind diese Techniken in gleicher Weise anwendbar auf andere Bedingungen. Zum Beispiel, wenn starke Winde einen mit Ketten versehenen Zaun hin- und herbewegen, der in der Nähe einer Erfassungszone angeordnet ist, kann dies eine Antwort des Erfassungssystems für Ein dringlinge bewirken, die manchmal irrtümlich als eine für ei nen Eindringling mißverstanden werden kann. Allerdings wird diese Auswirkung in einigen Zonen auftreten, die oftmals an der dem Wind zugeordneten Seite eines geschützten Bereichs an geordnet sind. Die Kenntnis, welche Gruppe von Zonen durch ei nen Anstieg des Stärkewertes beeinflußt wurde, kombiniert mit der erlernten Kenntnis, wie für eine bestimmte Installation der Wind die individuellen Zonen beeinflußt, kann dazu ver wandt werden, den Wind zu erfassen und die individuellen Zo nenerfassungsalgorithmen der betroffenen Sensoren zu modifi zieren, um Fehlalarme aufgrund des Windes zu eliminieren.

Es wird des weiteren auch noch erkennbar sein, daß der hier beschriebene Prozeß auf andere Typen von Erfassungssensoren für Eindringlinge angewandt werden kann, die ebenfalls durch ähnliche Umwelteinflüsse beaufschlagt sind, z. B. passive In frarotdetektoren, Mikrowellendetektoren, Tondetektoren (Mikrophone), seismologische Detektoren usw. Die Parameter des lokalen Erfassungsalgorithmus können modifiziert werden durch den Empfang eines Signals von einem zentralen Controller mit dem Ziel, die Fehlalarm-Anfälligkeit der Vielzahl von Sensoren auf den Umfangsfaktor zu reduzieren.

Zusätzliche Eingaben, wie z. B. Wetterdaten, können ebenfalls von dem zentralen Controller verwandt werden, um die modifi zierten Algorithmusparameter zu beeinflussen, die an die indi viduellen Sensoren abgeschickt werden. Zum Beispiel kann in dem Fall eines Regens eine zusätzliche Eingabe, wie z. B. die Windrichtung oder der Ausgang eines Regenmessers dazu verwandt werden, die Antwortsteuerung auf den Regen zu beeinflussen, so daß unterschiedliche Zonen zuerst antworten werden.

Daher führt die Erfindung dazu, daß jeder Sensor das Stärke signal mit einer Rate überträgt, die bezüglich bekannter Sy steme reduziert ist, die die Belastung des Kommunikationsnetz werkes reduzieren. Um diese Belastung weiter zu reduzieren, können Signalkompressionstechniken verwandt werden.

Antworten auf eine Vielfalt externer Stimulierungen, wie z. B. elektromagnetische Beeinflussung (EMI) und Regen, oder ein An passen der Zonen in einer nicht binären Art und Weise können kombiniert werden unter Verwendung derartiger Techniken wie Fuzzy-Logik, neurale Netzwerke usw. Zum Beispiel kann die zen trale Steuerung verschiedene Sätze modifizierter Algorith musparameter an individuelle Einheiten in Abhängigkeit von dem Grad der Regenintensität, die daraus folgt, absenden.

Eine Person, die die Erfindung versteht, kann nun über alter native Strukturen und Ausführungsformen oder Variationen des oben Gesagten nachdenken. All diese, die in den Schutzumfang der hier angefügten Patentansprüche fallen, werden als ein Teil der vorliegenden Erfindung angesehen.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben eines Erfassungssystems für Ein dringlinge, mit:

(a) Anwenden einer Vielzahl von Eindringling-Sensoren an grenzend an oder in einem zu schützenden Bereich,
(b) Übertragen von Signalen, von jedem Sensor zu einem Pro zessor, wobei die Signale sich auf zumindest eine loka le Umweltbedingung beziehen,
(c) Verarbeiten dieser Signale, um eine allgemeine Umge bungsbedingung festzulegen, die diesen Ein dringling-Sensoren zugeordnet ist,
(d) Übertragen eines Steuersignals zu jedem dieser Sensoren und
(e) automatisches Justieren dieser Sensoren in Abhängigkeit von diesem Steuersignal, um deren Erfassungsparameter substantiell zu variieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, in welchem der Justierschritt die Sensitivität der Sensoren auf eine Umweltbedingung auf einen gesteuerten Bereich senkt.

3. Verfahren zum Betreiben eines Eindringlingsdetektors, mit den Schritten:

(a) Anwenden einer Vielzahl von Eindringling-Sensoren an grenzend an oder innerhalb eines zu schützenden Be reichs,
(b) Verarbeiten einer erfaßten Umgebungsbedingung durch je den der Sensoren mittels eines Erfassungsalgorithmus,
(c) Verarbeiten von Werten ähnlicher Parameter dieses Erfas sungsalgorithmus, um allgemeine Verarbeitungsparameter werte festzulegen, und
(d) Verwenden dieser allgemeinen Parameterwerte von jedem der Erfassungsalgorithmen in jedem Sensor zum darauffol genden Verarbeiten einer Umgebungsbedingung.

4. Verfahren nach Anspruch 3, in welchem der Verarbeitungs schritt das Filtern eines Signales enthalten ist, das sich auf die Umgebungsbedingung bezieht, mittels eines Filters sowie Anwenden der daraus resultierenden Werte an einem Amplitudensensor, der einen Erfassungsschwel lenwert aufweist, wobei zumindest einer der daraus re sultierenden Werte sowie der Erfassungsschwellenwert von den allgemeinen Parameterwerten gesteuert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei ein Hochfrequenzsignal ausgegeben wird, dieses Hochfrequenzsignal empfangen wird und dieses empfangene Hochfrequenzsignal als die erfaßte Umgebungsbedingung verwandt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei diese Werte der ähnli chen Parameter einem zentralen Prozessor übertragen wer den für die Verarbeitung, um diese allgemeinen Parame terwerte festzulegen.

7. Verfahren nach Anspruch 6, in welchem das empfangene Signal aus gleichphasen- (I) und quadraturverschobenen Signalen (Q) besteht, wobei jeder dieser I- und Q-Signale separat durch ein Filter verarbeitet wird, diese gefilterten Darstellungen des I- und Q-Signals kombi niert werden, um einen Stärkewert festzulegen, wobei der Stärkewert mit dem Erfassungsschwellenwert verglichen wird und wobei ein lokaler Alarm in dem Fall angezeigt wird, in dem dieser Erfassungsschwellenwert überschrit ten wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, in welchem jedes Filter ein Hochpaßfilter ist, das eine Filterzeitkonstante (T) ent hält, wobei jeder Sensor gefilterte Stärkewerte zu einem zentralen Prozessor zu vorbestimmten Zeiten für die Ver arbeitung überträgt, wobei in diesem zentralen Prozessor ein neuer Zeitkonstantenwert T_n aus einer Vielzahl die ser übertragenen, gefilterten Stärkewerte festgelegt wird, wobei eine sich auf diesen Wert T_n beziehende Nachricht an jeden der Sensoren übermittelt wird und wo bei jeder dieser Sensoren seinen Wert T in Abhängigkeit von dieser Nachricht modifiziert.

9. Verfahren nach Anspruch 8, in welchem die Nachricht den Wert T_n enthält, und in welchem der Wert T in jedem der Sensoren auf T_n geändert wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8, in welchem bei dem zentralen Prozessor diese Umgebungsbedingungen von zumindest einer vorbestimmten Anzahl dieser Vielzahl von Eindringling- Sensoren, die sich für ein bestimmtes Zeitintervall oberhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts befinden, festgestellt werden, und wobei dieser Feststellung fol gend eine neue Zeitkonstante T_n festgelegt und diese Nachricht übertragen wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei von dem zentralen Pro zessor diese Umgebungsbedingungen dieser zumindest vor bestimmten. Anzahl der Vielzahl von Eindringling-Sen soren, die sich für ein folgendes Zeitintervall unter halb dieses vorbestimmten Schwellenwertes befinden, nacheinander festgestellt werden und wobei dieser letz ten Feststellung folgend ein anderer neuer Zeitkonstan tenwert T_n festgestellt und diese Nachricht übermittelt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 10, in welchem dieser vorbe stimmte Schwellenwert errichtet wird durch Durch schnittsbildung dieser Umgebungsbedingungen über eine Zeitperiode.

13. Verfahren nach Anspruch 10, in welchem dieser vorbe stimmte Schwellenwert errichtet wird durch Nebentakten dieser Stärkewerte, durch Normalisieren dieser nebenge takteten Stärkewerte und durch Durchschnittsbilden die ser normalisierten, nebengetakteten Stärkewerte von zu mindest einer vorbestimmten Anzahl dieser Sensoren über eine Zeitperiode.

14. Verfahren nach Anspruch 12, in welchem diese zumindest vorbestimmte Anzahl von Eindringling-Sensoren mindestens drei beträgt.

15. Verfahren nach Anspruch 12, in welchem dieser Durch schnittswertbildungsschritt über ein einstellbares Zeit fenster durchgeführt wird, welches einer aktuellen Zeit mit einem einstellbaren, vorbestimmten Intervall nach läuft.

16. Verfahren nach Anspruch 8, wobei in dem zentralen Pro zessor diese Umgebungsbedingungen von zumindest einer vorbestimmten Anzahl dieser Vielzahl von Eindringling- Sensoren, welche sich für ein bestimmtes Zeitintervall oberhalb eines vorbestimmtes Schwellenwertes befinden, festgestellt werden, und wobei dieser Feststellung fol gend eine neue Zeitkonstante T_n festgelegt und diese Nachricht übermittelt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei aufeinanderfolgend in dem zentralen Prozessor diese Umweltbedingungen dieser zumindest vorbestimmten Anzahl der Vielzahl von Ein dringling-Sensoren, welche sich über ein folgendes Zei tintervall unterhalb dieses vorbestimmten Schwellenwer tes befinden, festgestellt werden, und wobei dieser letzten Feststellung folgend, ein anderer neuer Zeitkon stantenwert T_n ermittelt und diese Nachricht übermittelt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 16, in welchem dieser vorbe stimmte Schwellenwert errichtet wird durch Durch schnittsbilden dieser Umweltzustände über eine Zeitperi ode hinweg.

19. Verfahren nach Anspruch 18, in welchem dieser vorbe stimmte Schwellenwert errichtet wird durch Nebentakten dieser Stärkewerte, durch Normalisieren der nebengetak teten Stärkewerte und durch Durchschnittsbilden der nor malisierten nebengetakteten Stärkewerte von zumindest einer vorbestimmten Anzahl von diesen Sensoren über eine Zeitperiode hinweg.

20. Verfahren nach Anspruch 18, in welchem diese zumindest vorbestimmte Anzahl von Eindringling-Sensoren mindestens drei beträgt.