DE202013103234U1

DE202013103234U1 - Microwave barrier for monitoring a surveillance area

Info

Publication number: DE202013103234U1
Application number: DE202013103234.4U
Authority: DE
Original assignee: Sick AG
Current assignee: Sick AG
Priority date: 2013-07-18
Filing date: 2013-07-18
Publication date: 2014-10-21
Anticipated expiration: 2023-07-19

Abstract

Mikrowellenschranke (10), die eine erste Mikrowelleneinheit (12a) mit einem Mikrowellensender (16a) und einer ersten Antenne (18a) zum Abstrahlen eines Mikrowellensignals und eine zweite Mikrowelleneinheit (12b) mit einem Mikrowellenempfänger (16b) und einer zweiten Antenne (18b) zum Empfangen des Mikrowellensignals sowie eine Auswertungseinheit (22a–b) aufweist, die dafür ausgebildet ist, anhand einer zumindest partiellen Unterbrechung des Mikrowellensignals zu erkennen, ob sich auf dem Mikrowellenpfad (14) zwischen der ersten Mikrowelleneinheit (12a) und der zweiten Mikrowelleneinheit (12b) ein Objekt (24) befindet, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Mikrowelleneinheit (12a) und/oder die zweite Mikrowelleneinheit (12b) einen Transceiver (16a–b) aufweist, um Mikrowellensignale abzustrahlen und zu empfangen, und dass die Auswertungseinheit (22a–b) dafür ausgebildet ist, bei Erkennen eines Objekts in dem Mikrowellenpfad (14) in einen Entfernungsmessungsmodus umzuschalten, in dem aus einem an dem Objekt (24) reflektierten Mikrowellensignal der Abstand des Objekts (24) zu der ersten Mikrowelleneinheit (12a) und/oder der zweiten Mikrowelleneinheit (12b) bestimmt wird.Microwave barrier (10) which has a first microwave unit (12a) with a microwave transmitter (16a) and a first antenna (18a) for radiating a microwave signal and a second microwave unit (12b) with a microwave receiver (16b) and a second antenna (18b) for Receiving the microwave signal as well as an evaluation unit (22a-b), which is designed to recognize on the basis of an at least partial interruption of the microwave signal, whether there is on the microwave path (14) between the first microwave unit (12a) and the second microwave unit (12b) an object (24) is located, characterized in that the first microwave unit (12a) and / or the second microwave unit (12b) has a transceiver (16a-b) in order to transmit and receive microwave signals, and that the evaluation unit (22a-b ) is designed to switch to a distance measurement mode when an object is detected in the microwave path (14), in which from a microwave signal reflected on the object (24) is used to determine the distance between the object (24) and the first microwave unit (12a) and / or the second microwave unit (12b).

Description

Die Erfindung betrifft eine Mikrowellenschranke zum Überwachen eines Überwachungsbereichs nach dem Oberbegriff von Anspruch 1. The invention relates to a microwave barrier for monitoring a surveillance area according to the preamble of claim 1.

Mikrowellenschranken können ebenso wie die weiter verbreiteten Lichtschranken zur berührungslosen Erkennung von Objekten eingesetzt werden. Eine Mikrowellenschranke arbeitet im Prinzip wie eine Lichtschranke: Es wird auf einer Seite des zu überwachenden Bereichs ein Mikrowellensignal ausgesandt und gegenüber wieder empfangen. Tritt ein Objekt in diesen Mikrowellenpfad ein, so schwächt sich das das empfangene Mikrowellensignal ab oder wird ganz unterbrochen, woran die Anwesenheit des Objekts erkannt werden kann. Microwave barriers can be used as well as the more widespread light barriers for non-contact detection of objects. In principle, a microwave barrier works like a light barrier: A microwave signal is emitted on one side of the area to be monitored and received again. If an object enters this microwave path, the received microwave signal weakens or is completely interrupted, as a result of which the presence of the object can be detected.

Ein Anwendungsfeld für Mikrowellenschranken ist die Perimeterüberwachung zum Schutz vor Eindringlingen und Einbrechern etwa an Firmengeländen. Die Mikrowellenschranken wirken hierbei wie ein virtueller Zaun und ergänzen oder ersetzen einen physischen Zaun. Die Strecke zwischen Sender und Empfänger der Mikrowellenschranke kann durchaus viele hundert Meter betragen. Das hat mehrere Konsequenzen: Zum einen reicht bei solchen Entfernungen die einzig erfasste Information, dass eine Mikrowellenschranke durchbrochen wurde, für eine Lokalisierung des Eingriffs nicht aus. Außerdem müssen die Mikrowellenschranken angeschlossen werden, um sie mit Strom zu versorgen, anzusteuern und auszuwerten. Die dafür erforderliche Infrastruktur mit Installation von Leitungen ist aufwändig und teuer. Solche Leitungen und Leitungsanschlüsse sind oft auch nicht hinreichend sicher gegenüber Manipulationen, so dass möglicherweise ein Alarm unterdrückt wird oder ein Eindringling sich in die Kommunikation der Mikrowellenschranken einklinkt. A field of application for microwave barriers is the perimeter monitoring to protect against intruders and burglars, for example at company premises. The microwave barriers act like a virtual fence and complement or replace a physical fence. The distance between transmitter and receiver of the microwave barrier can be quite a few hundred meters. This has several consequences: First, at such distances, the only information captured that a microwave barrier has been breached is insufficient for locating the procedure. In addition, the microwave barriers must be connected to provide them with power, to control and evaluate. The required infrastructure with installation of cables is complex and expensive. Such lines and line connections are also often not sufficiently secure against manipulation, so that possibly an alarm is suppressed or an intruder is engaged in the communication of the microwave barriers.

Die US 2010/0201561 A1 offenbart ein Netzwerk von Dopplersensoren zur Perimeterüberwachung. Dabei kommunizieren die einzelnen Dopplersensoren drahtlos untereinander und mit einer Zentrale. Die Dopplersensoren erfassen nicht nur einen Pfad, sondern ihre ganze Umgebung. Dadurch kann es zu Fehlalarmen kommen, wenn ein potentieller Eindringling erfasst wird, der die zu schützende Abgrenzung gar nicht durchdringen möchte. Außerdem kann zwar mit einem Dopplerverfahren die Geschwindigkeit eines eindringenden Objekts geschätzt werden. Eine Positionsbestimmung eines ruhenden oder sich sehr langsam bewegenden Objekts ist so aber nicht möglich. The US 2010/0201561 A1 discloses a network of perimeter monitoring Doppler sensors. The individual Doppler sensors communicate wirelessly with each other and with a central office. The Doppler sensors not only capture a path, but their entire environment. This can lead to false alarms when a potential intruder is detected who does not want to penetrate the boundary to be protected. In addition, although the speed of an intruding object can be estimated with a Doppler method. However, it is not possible to determine the position of a stationary or very slowly moving object.

In der EP 1 288 879 B1 ist ein auf Mikrowellenschranken basierendes Einbruch-Erkennungssystem vorgesehen, das ebenfalls mit dem Dopplereffekt arbeitet und dadurch die gleichen Nachteile hinsichtlich ruhender oder sich sehr langsam bewegender Objekte aufweist. In the EP 1 288 879 B1 there is provided a microwave barrier burglar detection system which also operates with the Doppler effect and thereby has the same disadvantages with respect to stationary or very slowly moving objects.

Eine Mikrowellenschranke nach EP 1 691 212 B1 sieht zur Versorgung eine aufladbare Batterie und Solarzellen vor. A microwave barrier after EP 1 691 212 B1 provides for the supply of a rechargeable battery and solar cells.

Aus der EP 1 089 030 B1 ist ein Reflexionslichtgitter bekannt, welches ein gegenüberliegendes reflektierendes Begrenzungselement erwartet. Dazu wird die Lichtlaufzeit gemessen und ein Alarm ausgelöst, wenn sie von der eingelernten Dauer bis zum Empfangs eines Lichtsignals von dem Begrenzungselement abweicht. Die Messung zum Erkennen und zur Abstandsbestimmung von Objekten ist dabei also ein und dieselbe, was zu mehr Fehlern führen kann. From the EP 1 089 030 B1 a reflection light grid is known which expects an opposing reflective limiting element. For this purpose, the light transit time is measured and an alarm is triggered if it deviates from the learned duration until the reception of a light signal from the limiting element. The measurement for detecting and determining the distance of objects is thus one and the same, which can lead to more errors.

Die EP 1442 319 B1 beschreibt ein entfernungsmessendes Laserlichtgitter, dessen einzelne Strahlen als 3D-CMOS-Sensoreinheiten ausgebildet sind. Dieses Lichtgitter arbeitet demnach rein tastend und ist für eine einfache, zuverlässige Objekterkennung auf Entfernungen von mehreren hundert Metern nicht geeignet. The EP 1442 319 B1 describes a distance-measuring laser light grating whose individual beams are designed as 3D CMOS sensor units. Accordingly, this light grid operates in a purely momentary manner and is not suitable for simple, reliable object recognition at distances of several hundred meters.

Ein weiteres tastendes Lichtgitter ist aus der DE 10 2007 032 249 B3 bekannt. Zur Entfernungsbestimmung werden hierbei die Lichtempfänger von unterschiedlichen Strahlen kombiniert und als Triangulationstaster verwendet. Another groping light grid is out of the DE 10 2007 032 249 B3 known. To determine the distance, the light receivers of different beams are combined and used as triangulation sensors.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Mikrowellenschranke anzugeben, mit der ein Bereich besser abgesichert werden kann. It is therefore an object of the invention to provide a microwave barrier, with which an area can be better protected.

Diese Aufgabe wird durch eine Mikrowellenschranke zum Überwachen eines Überwachungsbereichs nach Anspruch 1 beziehungsweise 12 gelöst. Dabei geht die Erfindung von dem Grundgedanken aus, nach dem Erkennen eines Objekteingriffs in den Mikrowellenpfad in einen Ranging- oder Entfernungsmessungsmodus umzuschalten, um den Eingriff zu lokalisieren. Dazu wird die für die anfängliche Detektion sendende erste Mikrowelleneinheit um einen Mikrowellenempfänger beziehungsweise die anfänglich empfangende zweite Mikrowelleneinheit um einen Mikrowellensender ergänzt, ist dann also mit einem Mikrowellentransceiver ausgerüstet. Die Mikrowellenschranke arbeitet zunächst in Transmission und erkennt Objekte anhand einer Strahlunterbrechung, d. h. dem Abschwächen, Ausbleiben oder der Änderung der Signatur des Mikrowellensignals auf der Gegenseite. Wenn daraufhin in den Entfernungsmessungsmodus umgeschaltet wurde, arbeitet eine der Mikrowelleneinheiten als entfernungsmessender Mikrowellentaster und wertet ihr eigenes, an dem eingreifenden Objekt reflektiertes Mikrowellensignal aus. Dazu wird der ergänzte Empfänger beziehungsweise Sender vorzugsweise erst mit dem Entfernungsmessungsmodus aktiviert. Die andere Mikrowelleneinheit wird für die Entfernungsmessung nicht gebraucht, kann aber ebenfalls als entfernungsmessender Mikrowellentaster genutzt werden, um den Abstand des Objekts ein zweites Mal von der anderen Seite zu bestimmen. Die zweite Entfernungsmessung dient der Plausibilisierung, kann aber auch nützlich sein, um bei großen Objekten eine Information über deren Ausdehnung längs des Mikrowellenpfades zu erhalten oder den Abstand zweier gleichzeitig eingreifender Objekte zu erkennen. This object is achieved by a microwave barrier for monitoring a surveillance area according to claim 1 and 12 solved. The invention is based on the basic concept of switching to a ranging or distance measuring mode after the detection of an object intervention in the microwave path in order to locate the intervention. For this purpose, the first microwave unit transmitting for the initial detection is supplemented by a microwave receiver or the initially receiving second microwave unit by a microwave transmitter, so it is then equipped with a microwave transceiver. The microwave barrier first works in transmission and detects objects based on a beam interruption, ie the attenuation, absence or the change of the signature of the microwave signal on the opposite side. Then, when switched to the ranging mode, one of the microwave units operates as a distance-measuring microwave sensor and evaluates its own microwave signal reflected from the intervening object. For this purpose, the supplemented receiver or transmitter is preferably activated only with the distance measurement mode. The another microwave unit is not needed for the distance measurement, but can also be used as a distance-measuring microwave sensor to determine the distance of the object a second time from the other side. The second distance measurement is used for plausibility, but can also be useful to obtain information about their extent along the microwave path for large objects or to detect the distance between two simultaneously engaging objects.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass zu jedem erkannten Objekteingriff auch der Ort des Eingriffs bestimmt ist. Über einen bloßen Alarm hinaus sind damit auch Ortsinformationen verfügbar, mit deren Hilfe sehr zielgerichtete Maßnahmen ergriffen werden können. Beispielsweise weiß eine Wachperson, ab welcher Stelle sie sich zur Überprüfung des Vorfalls begeben muss, oder es können, etwa mit Hilfe weiterer Sensoren, ohne weitere Suche entlang des Mikrowellenpfades zusätzliche Informationen vom Ort des Geschehens erfasst werden. The invention has the advantage that for each detected object intervention and the location of the intervention is determined. In addition to a mere alarm, location information is also available, with the help of which very targeted measures can be taken. For example, a guard knows from which point she must go to check the incident, or it can, for example, with the help of other sensors, without further search along the microwave path additional information from the scene of the event are recorded.

Die Auswertungseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, in dem Entfernungsmessungsmodus den Abstand mit einem Signallaufzeitverfahren oder einem FMCW-Verfahren zu bestimmen. Beide Verfahren sind für die präzise Bestimmung von Abständen geeignet. Zu Signallaufzeitverfahren (TOF, Time of Flight), bei denen die Laufzeit zwischen Aussenden und Empfangen des Mikrowellensignals gemessen wird, zählen Puls- und Phasenverfahren. Bei dem FMCW-Verfahren (Frequency Modulated Continuous Wave) wird die Frequenz beispielsweise sägezahnartig moduliert, so dass aus der Frequenzverschiebung zwischen Sende- und Empfangssignal aus der Rampe des Sägezahns auf die Laufzeit und damit den Abstand des reflektierenden Objekts zurückgeschlossen werden kann. The evaluation unit is preferably designed to determine the distance in the distance measurement mode with a signal transit time method or an FMCW method. Both methods are suitable for the precise determination of distances. Signal time-of-flight (TOF) methods, which measure the transit time between transmission and reception of the microwave signal, include pulse and phase techniques. In the FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) method, the frequency is modulated in a sawtooth manner, for example, so that the frequency shift between the transmitted and received signals from the ramp of the sawtooth can be used to deduce the transit time and thus the distance of the reflecting object.

Die erste Mikrowelleneinheit und/oder die zweite Mikrowelleneinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, wahlweise in einem Sendemodus, in dem der Transceiver als Sender arbeitet, in einem Empfangsmodus, in dem der Transceiver als Empfänger arbeitet, oder in dem Entfernungsmessungsmodus zu arbeiten. Die Mikrowelleneinheit kennt also drei Modi. Dadurch ist konfigurierbar, in welcher Richtung das Mikrowellensignal während der Objektdetektion den Mikrowellenpfad entlangläuft, und nach einer Objekterfassung kann in den Entfernungsmessungsmodus umgeschaltet werden. The first microwave unit and / or the second microwave unit is preferably designed to operate in a transmission mode in which the transceiver operates as a transmitter, in a reception mode in which the transceiver operates as a receiver, or in the distance measurement mode. So the microwave unit knows three modes. This makes it possible to configure in which direction the microwave signal travels along the microwave path during the object detection, and after an object detection it is possible to switch to the distance measurement mode.

Die Auswertungseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, bei Erkennen eines Objekts ein Alarmsignal auszugeben. Mit dem Alarmsignal können auch die Informationen über den Abstand des eindringenden Objekts und die auslösende Mikrowellenschranke übertragen werden, so dass mit entsprechenden Kenntnissen über die Montage der Mikrowellenschranken der Ort des Eindringens unmittelbar bestimmbar wird. Das Alarmsignal kann ganz klassisch in einer akustischen oder visuellen Warnung bestehen. Ebenso denkbar ist ein stiller Alarm, etwa mit Anzeige des Ortes des Eindringens auf einer elektronischen Karte. The evaluation unit is preferably designed to output an alarm signal when an object is detected. With the alarm signal and the information about the distance of the penetrating object and the triggering microwave barrier can be transmitted, so that with appropriate knowledge of the installation of microwave barriers, the location of the intrusion is directly determined. The alarm signal can be classic in an audible or visual warning. Also conceivable is a silent alarm, such as displaying the location of the intrusion on an electronic card.

Die Mikrowellenschranke weist bevorzugt zusätzlich eine Lichtquelle oder einen weiteren Sensor, insbesondere eine Kamera, mit einer Verstelleinheit und einer Steuereinheit auf, die dafür ausgebildet ist, die Lichtquelle oder den weiteren Sensor bei Erkennen eines Objekts anhand des Abstands mit Hilfe der Verstelleinheit auf das Objekt auszurichten. Die Steuereinheit kann ebenso lokal an der Lichtquelle beziehungsweise dem weiteren Sensor wie in einer Zentrale untergebracht sein. Die Lichtquelle, beispielsweise ein Scheinwerfer, erleichtert die weitere Verfolgung des Eindringlings und dessen Aufnahme durch eine Kamera. Wird der Scheinwerfer plötzlich und bereits auf den Eindringling gerichtet aktiviert, so genügt dies möglicherweise schon, um ihn in die Flucht zu schlagen. Auch die Kamera wird vorzugsweise nur aktiviert, wenn ein Eindringling erkannt wurde und sie auf ihn ausgerichtet wurde, um das anfallende, eventuell auch zu archivierende Bildmaterial zu verringern. The microwave barrier preferably additionally has a light source or a further sensor, in particular a camera, with an adjustment unit and a control unit which is designed to align the light source or the further sensor upon detection of an object on the basis of the distance with the aid of the adjustment to the object , The control unit can also be accommodated locally at the light source or the further sensor as in a central office. The light source, such as a headlight, facilitates further tracking of the intruder and its capture by a camera. If the headlight is activated suddenly and already aimed at the intruder, then this may already be enough to make him flee. Also, the camera is preferably activated only when an intruder has been detected and it was aligned with him, in order to reduce the resulting, possibly also to be archived image material.

Die Mikrowellenschranke weist bevorzugt einen zusätzlichen entfernungsmessenden Sensor auf, insbesondere einen Laserscanner, welcher zumindest einen Teilbereich des Mikrowellenpfades überwacht. Der Laserscanner kann ebenfalls Objekte lokalisieren, und durch diese Redundanz wird die Fehlalarmrate gesenkt sowie die Lokalisierung genauer und überprüfbar. The microwave barrier preferably has an additional distance-measuring sensor, in particular a laser scanner, which monitors at least a portion of the microwave path. The laser scanner can also locate objects and this redundancy reduces the false alarm rate and makes localization more accurate and verifiable.

Die Mikrowellenschranke weist bevorzugt weitere Mikrowelleneinheiten jeweils mit einer Antenne und einem Mikrowellensender, Mikrowellenempfänger oder Mikrowellentransceiver zum Aufspannen weiterer Mikrowellenpfade auf. Die weiteren Mikrowelleneinheiten sind also so aufgebaut wie die erste Mikrowelleneinheit oder die zweite Mikrowelleneinheit. Es ist bevorzugt, aber nicht zwingend erforderlich, dass jede Mikrowelleneinheit eine eigene Auswertungseinheit aufweist. Beispielsweise könnte eine Mikrowelleneinheit auch als reiner Sender fungieren. Vereinfachend wird die derart meist auf eine Zentrale und mehrere Mikrowelleneinheiten verteilte Steuer- und Auswertungselektronik zusammenfassend als eine Auswertungseinheit bezeichnet. Weitere Mikrowelleneinheiten werden vorzugsweise paarweise hinzugefügt, wobei jedes Paar einen Mikrowellenpfad aufspannt. Mit mehreren Mikrowellenpfaden kann eine Perimeterabsicherung erfolgen, die jeweils eine Kante der Begrenzung eines abzusichernden Bereichs oder Grundstücks überwacht. The microwave barrier preferably has further microwave units each with an antenna and a microwave transmitter, microwave receiver or microwave transceiver for mounting further microwave paths. The other microwave units are thus constructed as the first microwave unit or the second microwave unit. It is preferred, but not mandatory, for each microwave unit to have its own evaluation unit. For example, a microwave unit could also function as a pure transmitter. To simplify matters, the control and evaluation electronics distributed in such a way mostly on a central unit and a plurality of microwave units are collectively referred to as an evaluation unit. Additional microwave units are preferably added in pairs, with each pair spanning a microwave path. Multiple microwave paths may provide perimeter protection, each monitoring one edge of the boundary of an area or property to be protected.

Mindestens eine der Mikrowelleneinheiten weist bevorzugt eine Schnittstelle zur Übertragung von Daten aus der Mikrowellenschranke und/oder in die Mikrowellenschranke auf. Die Mikrowelleneinheiten bilden vorzugsweise mit Hilfe ihrer Schnittstellen untereinander und gegebenenfalls mit einer Zentrale ein Netzwerk. Dabei sind die Kommunikationsverbindungen drahtgebunden oder drahtlos. Die drahtlose Kommunikation verringert den Installationsaufwand deutlich, besonders wenn das abzusichernder Gelände groß ist, weil keine Leitungen verlegt oder vergraben werden müssen. Andererseits können bestehende Leitungen auch genutzt und Mischformen gebildet werden, bei denen einige Mikrowelleneinheiten drahtgebunden und andere drahtlos in das Netzwerk integriert werden. At least one of the microwave units preferably has an interface for transmission from data from the microwave barrier and / or into the microwave barrier. The microwave units preferably form a network with one another and, if necessary, with a central unit with the aid of their interfaces. The communication links are wired or wireless. Wireless communication significantly reduces the installation effort, especially if the terrain to be secured is large, because no cables need to be laid or buried. On the other hand, existing lines can also be used and mixed forms can be formed in which some microwave units are wired and others wirelessly integrated into the network.

Die Schnittstelle kommuniziert bevorzugt auf dem Mikrowellenpfad über das Mikrowellensignal. Dann muss für das Netzwerk kein zusätzlicher Kommunikationskanal geschaffen werden, sondern lediglich eine ausreichend mächtige Sendercodierung und Signalauswertung vorgesehen sein. The interface preferably communicates on the microwave path via the microwave signal. Then, no additional communication channel needs to be created for the network, but merely a sufficiently powerful transmitter coding and signal evaluation must be provided.

Die Auswertungseinheit ist bevorzugt dafür ausgebildet, die Funktionsfähigkeit der Mikrowelleneinheiten mittels Kommunikation von Testdaten zu prüfen. Wenn etwa bei einer zyklischen Kommunikation zu Testzwecken nach einer festgelegten Zeit die Antwort ausbleibt, wird ein Fehler ausgelöst. Dadurch werden Ausfälle und Manipulationen erkannt. The evaluation unit is preferably designed to check the functionality of the microwave units by means of communication of test data. If, for example, there is no response after a specified time during a cyclic communication for test purposes, an error is triggered. As a result, failures and manipulations are detected.

Mindestens eine der Mikrowelleneinheiten ist bevorzugt energieautark. Dazu werden eigene Akkus oder Batterien und vorzugsweise batteriegepufferte Solarmodule verwendet. Das muss nicht unbedingt alle Mikrowelleneinheiten betreffen. Sofern eine Mikrowelleneinheit eine Leitungsverbindung aufweist, wird diese vorzugsweise auch für die Versorgung genutzt. Gerade eine fernab von bestehender Infrastruktur zu installierende Mikrowelleneinheit profitiert davon, wenn sie von einer Energieversorgung unabhängig ist, besonders wenn dies mit drahtloser Kommunikation gekoppelt wird. Prinzipiell ist auch die Versorgung einer nicht leitungsverbundenen Mikrowelleneinheit über das Mikrowellensignal denkbar. At least one of the microwave units is preferably energy self-sufficient. For this purpose, own batteries or batteries and preferably battery-backed solar modules are used. This does not necessarily have to concern all microwave units. If a microwave unit has a line connection, this is preferably also used for the supply. Especially a microwave unit to be installed far from existing infrastructure benefits from being independent from a power supply, especially when coupled with wireless communication. In principle, the supply of a non-line connected microwave unit via the microwave signal is conceivable.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile beispielhaft anhand von Ausführungsformen und unter Bezug auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Die Abbildungen der Zeichnung zeigen in: The invention will be explained in more detail below with regard to further features and advantages by way of example with reference to embodiments and with reference to the accompanying drawings. The illustrations of the drawing show in:

1 eine schematische Darstellung einer Mikrowellenschranke mit Umschaltung auf einen Entfernungsmessungsmodus; 1 a schematic representation of a microwave barrier with switching to a distance measurement mode;

2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Mikrowellenschranke mit zusätzlicher Kamera; 2 a schematic representation of an embodiment of a microwave barrier with additional camera;

3 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Mikrowellenschranke mit zusätzlichem Laserscanner; und 3 a schematic representation of an embodiment of a microwave barrier with additional laser scanner; and

4 eine schematische Darstellung einer Perimeterabsicherung mit mehreren vernetzten Mikrowellenschranken. 4 a schematic representation of a Perimeterabsicherung with multiple networked microwave barriers.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Mikrowellenschranke 10. Zwei Mikrowelleneinheiten 12a–b sind einander gegenüber an den Enden eines Mikrowellenpfades 14 angeordnet. Jede der Mikrowelleneinheiten 12a–b weist jeweils einen Mikrowellentransceiver 16a–b mit einer Antenne 18a–b auf, um längs des Mikrowellenpfades 14 ein Mikrowellensignal auszusenden und zu empfangen. Mit Hilfe eines Schalters 20a–b können die Mikrowelleneinheiten 12a–b als Sender (S) oder Empfänger (E) konfiguriert oder in einen Entfernungsmessungsmodus (R, Ranging) versetzt werden. Der Schalter 20a–b wird jeweils von einer Steuer- und Auswertungseinheit 22a–b angesteuert, die außerdem mit dem jeweiligen Mikrowellentransceiver 16a–b verbunden ist, um ein Mikrowellensignal über die Antenne 18a–b abzustrahlen oder zu empfangen. 1 shows a schematic representation of a microwave barrier 10 , Two microwave units 12a -B are opposite each other at the ends of a microwave path 14 arranged. Each of the microwave units 12a Each has a microwave transceiver 16a -B with an antenna 18a -B on to along the microwave path 14 to send and receive a microwave signal. With the help of a switch 20a -B can use the microwave units 12a -B be configured as a transmitter (S) or receiver (E) or placed in a range-finding mode (R, Ranging). The desk 20a -B is each by a control and evaluation unit 22a -B controlled, in addition to the respective microwave transceiver 16a -B is connected to a microwave signal through the antenna 18a -B to broadcast or to receive.

Die Auswertungseinheit 22b erwartet bei freiem Mikrowellenpfad 14 ein ungestörtes Mikrowellensignal und überprüft dies beispielsweise durch Vergleich mit einer eingelernten oder festgelegten Schwelle. Wird das empfangene Mikrowellensignal schwach, fehlt gänzlich oder dessen Signatur ändert sich, so wird angenommen, dass sich ein Objekt 24 in dem Mikrowellenpfad befindet. The evaluation unit 22b expected at free microwave path 14 an undisturbed microwave signal and checks this for example by comparison with a learned or fixed threshold. If the received microwave signal is weak, missing entirely or its signature changes, it is assumed that an object 24 located in the microwave path.

Wird ein Objekt 24 erkannt, so wird in den Entfernungsmessungsmodus umgeschaltet. Dazu arbeitet mindestens eine der Mikrowelleneinheiten 12a–b sowohl als Sender wie als Empfänger, indem sie ein Mikrowellensignal aussendet und das von dem Objekt 24 reflektierte Signal wieder empfängt. Aus der Laufzeit des Mikrowellensignals bestimmt die Auswertungseinheit 22a–b den Abstand bis zu dem Objekt 24, beispielsweise mit einem Puls-, Phasen- oder FMCW-Verfahren. Es können je nach Ausführungsform eine der Mikrowelleneinheiten 12a–b oder beide Mikrowelleneinheiten 12a–b diesen Abstand messen, beispielsweise abhängig davon, von welcher Seite der Abstand zu dem Objekt 24 gesucht ist und welche Mikrowelleneinheit 12a–b den Entfernungsmessungsmodus überhaupt unterstützt. Becomes an object 24 detected, it is switched to the distance measurement mode. At least one of the microwave units works for this purpose 12a -B as both transmitter and receiver by emitting a microwave signal and that of the object 24 reflected signal is received again. From the running time of the microwave signal determines the evaluation unit 22a -B the distance to the object 24 , for example with a pulse, phase or FMCW method. Depending on the embodiment, it may be one of the microwave units 12a -B or both microwave units 12a -B measure this distance, for example, depending on which side of the distance to the object 24 is searched for and which microwave unit 12a -B supports the rangefinder mode at all.

Die Konfiguration der einen Mikrowelleneinheit 12a als Sender und der anderen Mikrowelleneinheit 12b als Empfänger kann natürlich auch umgekehrt werden. Ebenso ist denkbar, dedizierte Mikrowelleneinheiten ohne Umschaltung zwischen Sende- und Empfangsmodus einzusetzen. Dann muss aber entweder die als Sender ausgebildete Mikrowelleneinheit einen zusätzlichen Empfänger oder die als Empfänger ausgebildete Mikrowelleneinheit einen zusätzlichen Sender aufweisen, da sonst in dem Entfernungsmessungsmodus das von dem Objekt 24 reflektierte Signal nicht empfangen beziehungsweise nur auf der falschen Seite des Objekts 24 reflektiert wird. The configuration of a microwave unit 12a as transmitter and the other microwave unit 12b as a receiver, of course, can be reversed. It is also conceivable to use dedicated microwave units without switching between transmit and receive modes. But then either the trained as a transmitter microwave unit has an additional receiver or the as a receiver trained microwave unit have an additional transmitter, otherwise in the distance measurement mode that of the object 24 reflected signal is not received or only on the wrong side of the object 24 is reflected.

Die Mikrowelleneinheiten 12a–b weisen außerdem eine Schnittstelle 26a–b auf. Darüber können sie beispielsweise von einer Zentrale angesteuert werden und bei Detektion eines Objekts 24 ein Alarmsignal beziehungsweise die bestimmten Objektabstände ausgegeben werden. Zur Synchronisation und Auswertung ist in der Regel erforderlich, dass die beiden Mikrowelleneinheiten 12a–b miteinander verbunden sind, beispielsweise über die Schnittstelle 26a–b. Nicht jede Mikrowelleneinheit 12a–b muss aber zwingend eine solche Schnittstelle 26a–b aufweisen, beispielsweise ist vorstellbar, einen dedizierten Sender einfach dauerhaft zu aktivieren. The microwave units 12a -B also have an interface 26a -B on. In addition, they can be controlled, for example, by a control center and upon detection of an object 24 an alarm signal or the specific object distances are output. For synchronization and evaluation is usually required that the two microwave units 12a -B are interconnected, for example via the interface 26a b. Not every microwave unit 12a But -b must necessarily have such an interface 26a For example, it is conceivable to simply permanently activate a dedicated transmitter.

2 zeigt eine schematische Ansicht einer Mikrowellenschranke 10 mit einer zusätzlichen Kamera 28. Die beiden Mikrowelleneinheiten 12a–b sind untereinander sowie mit einer Zentrale 30 verbunden. Über eine Aktorik 32 wird die Kamera 28 bei Erkennen eines Objekts 24 in dem Mikrowellenpfad 14 auf das Objekt 24 ausgerichtet. Dadurch wird ermöglicht, den Vorfall gezielt zu beobachten, zu bewerten und aufzuzeichnen. 2 shows a schematic view of a microwave barrier 10 with an additional camera 28 , The two microwave units 12a -B are with each other and with a central office 30 connected. About an actuator 32 becomes the camera 28 upon detection of an object 24 in the microwave path 14 on the object 24 aligned. This makes it possible to observe, evaluate and record the incident in a targeted manner.

Ganz analog zu einer Kamera 28 kann auch ein nicht dargestellter Scheinwerfer auf das eindringende Objekt 24 ausgerichtet werden, der dazu dient, Wachpersonal die Einschätzung des Vorfalls zu erleichtern, sie darauf aufmerksam zu machen oder einen Einbrecher abzuschrecken. In Kombination mit einer Kamera 28 dient der Scheinwerfer zum Ausleuchten von deren Blickfeld. Auch sind Ausführungsformen mit mehreren Kameras beziehungsweise Scheinwerfern denkbar. Quite analogous to a camera 28 Also, an unillustrated headlight on the penetrating object 24 It is intended to help guards understand the incident, alert them or deter a burglar. In combination with a camera 28 the headlamp serves to illuminate their field of vision. Also embodiments with multiple cameras or headlights are conceivable.

3 zeigt eine schematische Ansicht einer Mikrowellenschranke mit einem zusätzlichen Laserscanner 34. Dessen Überwachungsbereich 36 überlappt mit dem Mikrowellenpfad, um das Objekt 24 ein weiteres Mal zu lokalisieren. Dadurch kann der Ort des Eingriffs verifiziert und insgesamt der Messfehler und die Fehlalarmrate reduziert werden. Die Darstellung der Position des Laserscanners 34 sowie die Ausdehnung von dessen Überwachungsbereich 36 sind rein beispielhaft zu verstehen. Ebenso sind diverse Kombinationen denkbar, bei denen beispielsweise ein Laserscanner mit mehreren Mikrowellenpfaden überlappt oder mehrere Laserscanner eingesetzt sind, um einen Mikrowellenpfad abzudecken. 3 shows a schematic view of a microwave barrier with an additional laser scanner 34 , Its surveillance area 36 overlaps with the microwave path to the object 24 to locate once more. As a result, the location of the intervention can be verified and overall the measurement error and the false alarm rate can be reduced. The representation of the position of the laser scanner 34 and the extent of its surveillance area 36 are purely exemplary to understand. Likewise, various combinations are conceivable in which, for example, a laser scanner overlaps with a plurality of microwave paths or a plurality of laser scanners are used to cover a microwave path.

4 zeigt eine schematische Ansicht mehrerer vernetzter Mikrowellenschranken 10a–d zur Perimeterabsicherung. Die Mikrowellenschranken 10a–d spannen jeweils einen Mikrowellenpfad 14a–d auf, die zusammen einen virtuellen Zaun bilden. Dieser Zaun kann natürlich andere, auch teiloffene Geometrien bilden als dargestellt. Weiterhin können Mikrowelleneinheiten 12 Teil mehrerer Mikrowellenschranken 10a–d sein, also eine Mikrowelleneinheit 12 das Mikrowellensignal auf mehreren Mikrowellenpfaden 14 aussenden und/oder empfangen, sofern die Abstrahlcharakteristik der Antennen 18 und die Sendeleistung entsprechend angepasst wird. 4 shows a schematic view of several networked microwave barriers 10a -D for perimeter security. The microwave barriers 10a -D each span a microwave path 14a -D, who together form a virtual fence. Of course, this fence can form other partially open geometries than shown. Furthermore, microwave units 12 Part of several microwave barriers 10a -D, so a microwave unit 12 the microwave signal on several microwave paths 14 send out and / or receive, provided the radiation characteristics of the antennas 18 and the transmission power is adjusted accordingly.

Die Mikrowellenschranken 10a–d sind mit der Zentrale 30 zur Ansteuerung und Ausgabe von Detektionsergebnissen verbunden, beispielsweise in Form von Alarmsignalen bei einer Strahlunterbrechung durch ein Objekt 24 beziehungsweise von gemessenen Abständen zu einem solchen Objekt 24. The microwave barriers 10a -D are with the central office 30 connected to the control and output of detection results, for example in the form of alarm signals at a beam interruption by an object 24 or from measured distances to such an object 24 ,

Für die Vernetzung gibt es eine Reihe von Möglichkeiten. Dargestellt ist eine Ringkommunikation der Mikrowellenschranken 14a–d untereinander, die durch entsprechende Modulationen der Mikrowellensignale erfolgt. Dadurch sind keine Leitungsverbindungen und nicht einmal zusätzliche Sender und Empfänger für Drahtlosschnittstellen erforderlich. Quasi als Einstiegpunkt in die Ringkommunikation ist eine der Mikrowellenschranken 10d mit der Zentrale 30 verbunden, wobei diese Verbindung drahtgebunden oder drahtlos sein kann. Diese Art der Vernetzung ist besonders leicht und kostengünstig aufzubauen. There are a number of possibilities for networking. Shown is a ring communication of the microwave barriers 14a -D among each other, which is done by appropriate modulation of the microwave signals. This eliminates the need for line connections and even additional transmitters and receivers for wireless interfaces. Almost as a starting point in the ring communication is one of the microwave barriers 10d with the central office 30 connected, which connection can be wired or wireless. This type of networking is particularly easy and inexpensive to build.

Um vollständig auf Leitungsverbindungen verzichten zu können, ist denkbar, dass einige oder alle Mikrowellenschranken 10a–d energieautark sind, vorzugsweise mit einer dezentralen Energieerzeugung und Speicherung. Beispielsweise sind dazu Solarmodule mit Pufferbatterien vorgesehen. Die Module synchronisieren sich untereinander oder werden zentral synchronisiert, und dafür werden die beschriebenen Kommunikationswege genutzt. To be able to completely dispense with line connections, it is conceivable that some or all microwave barriers 10a -D are energy self-sufficient, preferably with a decentralized power generation and storage. For example, solar modules with backup batteries are provided for this purpose. The modules synchronize with each other or are synchronized centrally, and for this the described communication paths are used.

Das in 4 gezeigte Netzwerk ist nur eines von zahlreichen Beispielen. So ist anstelle einer Ringkommunikation auch eine Punkt-zu-Punkt-Kommunikation möglich, bei welcher die Zentrale 30 nicht nur wie dargestellt mit einer Mikrowellenschranke 10d verbunden ist, sondern sternförmig mit allen. Dies erfordert mehr Verbindungen der Zentrale 30 und erleichtert dafür die Reaktion auf Mehrfacheingriffe durch mehrere Personen an verschiedenen Orten, und es ist eindeutiger und schneller erfassbar, wo Gefahren drohen. This in 4 shown network is just one of many examples. So instead of a ring communication and a point-to-point communication is possible, in which the headquarters 30 not just as shown with a microwave barrier 10d is connected, but star-shaped with all. This requires more connections of the center 30 and facilitates the response to multiple interventions by multiple people in different locations, and it is more clearly and quickly detectable where threats threaten.

In Mischformen des Netzwerks besteht zu mehreren Mikrowellenschranken 10a–d eine Verbindung von der Zentrale 30, während andere Mikrowellenschranken 10a–d insbesondere in größerer Entfernung zu der Zentrale 30 über Punkt-zu-Punkt- oder Ringverbindungen nicht an die Zentrale 30, sondern an andere Mikrowellenschranken 10a–d angebunden sind. Auch die Art der Kommunikation kann variieren, also für manche Verbindungen der Mikrowellenpfad 14 genutzt werden, andere Verbindungen basieren auf zusätzlichen Drahtlosschnittstellen beispielsweise nach einem WLAN-Standard und wieder andere Verbindungen sind drahtgebunden. Gerade dann, wenn ohnehin schon eine Verbindungsleitung zu einem Ort besteht, etwa weil dort bereits Netzwerkkameras installiert sind, kann die vorhandene Infrastruktur auch für die Mikrowellenschranken 10a–d verwendet werden. Durch eine gemeinsame Versorgungs- und Kommunikationsleitung, etwa Power over Ethernet, wird der Aufwand von Leitungsverbindungen verringert. In mixed forms of the network there are several microwave barriers 10a -D a connection from the control center 30 while other microwave barriers 10a -D especially at a greater distance to the center 30 not to the control panel via point-to-point or ring connections 30 , rather to other microwave barriers 10a -D are connected. Also, the type of communication can vary, so for some compounds the microwave path 14 other connections are based on additional wireless interfaces for example according to a WLAN standard and yet other connections are wired. Especially when there is already a connection line to a location, for example because network cameras are already installed there, the existing infrastructure can also be used for the microwave barriers 10a -D be used. A shared supply and communication line, such as Power over Ethernet, reduces the overhead of line connections.

Alle über das Netzwerk im Verbund arbeitenden Komponenten werden vorzugsweise durch eine permanente Kommunikation beispielsweise mit festgelegten Antwortzeiten überwacht, um Manipulationen oder Fehler aufzudecken. Derartige Maßnahmen sind auch aus der Sicherheitstechnik bekannt, etwa von sicheren Bussystemen wie SafetyBus. All components working together via the network are preferably monitored by permanent communication, for example with fixed response times, in order to detect manipulations or errors. Such measures are also known from safety technology, for example from safe bus systems such as SafetyBus.

Zum Schutz gegen digitale Angriffe kann der Datenaustausch verschlüsselt werden. Für WLAN, andere Drahtlosprotokolle und drahtgebundene Verbindungen sind sichere Kommunikationsmethoden bekannt. Für Kommunikationen auf der Mikrowellenschranke können entsprechende Protokolle eingesetzt werden. Die Konfiguration der gesamten Anlage und der Mikrowellenschranken 10a–d erfolgt vorzugsweise über einen Webbrowser, wobei auch der Datenaustausch während der Kommunikation vorzugsweise verschlüsselt erfolgt. To protect against digital attacks, the data exchange can be encrypted. For wireless, other wireless protocols, and wired connections, secure communication methods are known. For communications on the microwave barrier appropriate protocols can be used. The configuration of the entire system and the microwave barriers 10a -D is preferably carried out via a web browser, whereby the data exchange during the communication is preferably encrypted.

Ein spezieller denkbarer Angriff ist eine sogenannte Relay Station Attack, in der ein Angreifer die Kommunikation zwischen Sender und Empfänger stört, um sich parallel einen Zugang zu verschaffen. Dagegen sollten Maßnahmen getroffen werden, die über eine normale Laufzeitmessung nicht möglich sind, da sich die Laufzeiten nur in der Größenordnung von hundert Nanosekunden bewegen. Messungen von Kommunikationssignalen in dieser Größenordnung sind aufwändig. Eine einfache und kostengünstige Möglichkeit, eine Relay Station Attack zu bemerken, bietet ein Third Order Intercept. Dazu wird ein schon gestörtes Signal auf zwei Frequenzen ausgesandt, und zwar derart, dass die nahe liegenden Mischfrequenzen nicht detektiert werden können. Erst eine Relay Station mit ihrer typischen Nichtlinearität würde dazu führen, dass die Mischfrequenzen nach Empfang und erneutem Senden mit der damit verbundenen Nichtlinearität eindeutig detektierbar werden. Relay Stations mit hoher Linearität sind nicht zu erwarten, weil die benötigte Sendeenergie von mehreren 10 bis 100KW realistischerweise nicht aufgebracht wird. A special conceivable attack is a so-called relay station attack, in which an attacker interferes with the communication between sender and receiver in order to gain parallel access. In contrast, measures should be taken which are not possible over a normal transit time measurement, since the transit times are only in the order of a hundred nanoseconds. Measurements of communication signals on this scale are expensive. A simple and inexpensive way to detect a Relay Station Attack is through a Third Order Intercept. For this purpose, an already disturbed signal is transmitted on two frequencies, in such a way that the nearby mixing frequencies can not be detected. Only a relay station with its typical non-linearity would result in the mixed frequencies being clearly detectable after reception and retransmission with the associated nonlinearity. Relay stations with high linearity are not to be expected because the required transmission energy of several 10 to 100KW is realistically not applied.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2010/0201561 Al [0004]
EP 1288879 B1 [0005]
EP 1691212 B1 [0006]
EP 1089030 B1 [0007]
EP 1442319 B1 [0008]
DE 102007032249 B3 [0009]

Claims

Microwave barrier ( 10 ), which is a first microwave unit ( 12a ) with a microwave transmitter ( 16a ) and a first antenna ( 18a ) for emitting a microwave signal and a second microwave unit ( 12b ) with a microwave receiver ( 16b ) and a second antenna ( 18b ) for receiving the microwave signal and an evaluation unit ( 22a -B), which is designed to detect, on the basis of an at least partial interruption of the microwave signal, whether it is located on the microwave path ( 14 ) between the first microwave unit ( 12a ) and the second microwave unit ( 12b ) an object ( 24 ), characterized in that the first microwave unit ( 12a ) and / or the second microwave unit ( 12b ) a transceiver ( 16a -B) for emitting and receiving microwave signals, and in that the evaluation unit ( 22a B) is designed to detect an object in the microwave path ( 14 ) to switch to a distance measurement mode in which one of the objects ( 24 ) reflected microwave signal the distance of the object ( 24 ) to the first microwave unit ( 12a ) and / or the second microwave unit ( 12b ) is determined.

Microwave barrier ( 10 ) according to claim 1, wherein the evaluation unit ( 22a -B) is adapted to determine the distance in the distance measurement mode with a signal transit time method or an FMCW method.

Microwave barrier ( 10 ) according to claim 1 or 2, wherein the first microwave unit ( 12a ) and / or the second microwave unit ( 12b ) is adapted, optionally in a transmit mode, in which the transceiver ( 16a -B) works as a transmitter, in a receive mode in which the transceiver ( 16a -B) works as a receiver, or to work in the ranging mode.

Microwave barrier ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the evaluation unit ( 22a B) is designed to detect an object ( 24 ) to output an alarm signal.

Microwave barrier ( 10 ) according to one of the preceding claims, which additionally comprises a light source or a further sensor ( 28 ), in particular a camera, with an adjustment unit ( 32 ) and a control unit ( 30 ), which is adapted to the light source or the further sensor ( 28 ) when recognizing an object ( 28 ) based on the distance with the aid of the adjustment unit ( 32 ) on the object ( 28 ).

Microwave barrier ( 10 ) according to one of the preceding claims, comprising an additional distance-measuring sensor ( 34 ), in particular a laser scanner, which at least a portion of the microwave path ( 14 ) supervised.

Microwave barrier ( 10a D) according to one of the preceding claims, the further microwave units each with an antenna and a microwave transmitter, microwave receiver or microwave transceiver for mounting further microwave paths ( 14a -D).

Microwave barrier ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein at least one of the microwave units ( 12a -B) an interface ( 26a -B) for the transmission of data from the microwave barrier ( 10 ) and / or in the microwave barrier ( 10 ) having.

Microwave barrier ( 10 ) according to claim 8, wherein the interface ( 26a -B) on the microwave path ( 14 ) communicates via the microwave signal.

Microwave barrier ( 10 ) according to claim 8 or 9, wherein the evaluation unit ( 22a B) is designed to improve the functionality of the microwave units ( 12a -B) by means of communication of test data.

Microwave barrier ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein at least one of the microwave units ( 12a -B) is energy self-sufficient.