DE2450732A1 - System zum ueberwachen eines vorgegebenen ueberwachungsgebietes - Google Patents

Description

• "System zum Überwachen eines vorgegebenen Überwachungsgebietes" Die Erfindung bezieht sich auf ein System zum Überwachen eines vorgegebenen, aus einem Flächen- oder Raumausschnitt bestehenden Überwachungsgebietes auf das Auftreten möglicher Fremd- oder Störk@rper, beispielsweise unbefugter personen, in den Gebiet und beim Feststellen eines solchen Auftretens zum automatis Erzeugen eines vorgegebenen Steuerbefehls, beispielsweise de Auslösesignals einer Alarmgebeeinrichtung, unter Verwendung mindestens eines vorzugsweise nach den Rückstrahlverfahren arbeitenden Sensors. Dieses System eignet sich besonders vorteilhaft zur automatischen Freigeländeüberwachung, ist im Prinz@ aber auch innerhalb von Gebäuden benutzbar.
• Die DT-Oo 1 616 424 befaßt sich mit einem Geländeüberwachungssystem, das aus kooperativen Sensoren aufgebaut ist. Die Sensoren sind in etwa gleichen Abstanden und in einer Flucht an den Grenzen eines zu überwachenden Geländes aufgestellt und melden das Eindringen einer unbefugten Person. Falschalarme durch natürliche atörobjekte wie z. B. Flugwild oder Niederwild werden weitestgehend dadurch vermieden, daß ein Alarrl vom Überwachungs-System erst dann abgegeben wird, wenn zwei benachbarte Sensoren gleichzeitig die Anwesenheit eines Objektes in ihren sich gegenseitig überlappenden Erfassungsdiagrammen melden. Als Sensoren werden vorzugsweise CW-Dopplerradargeräte verwendet, obwohl prinzipiell auch Sensoren der Infrarot-, Laser- und Sonartechnik benutzbar sind. Im folgenden werden diese Sensoren auch in Verbindung mit der Erfindung vorwiegend als Radargeräte bezeichnet, ohne die Erfindung darauf einschränken zu sollen.
• Nachteilig an diesem bekannten System ist, falls ein Durchbrechen des überwachten Geländestreifens von einem Angreifer vorwiegend in tangentialer Richtung bezogen auf die Strahlrichtung der Radarsensoren versucht wird, daß die Radarsensoren wegen der nützung des Dopplereffektes nur anzeigeempfindlich für radiale Bewegungsvorgänge sind (monostatisches CW-Dopplerradar; zur Unterscheidung eines monostatischen von einem bistatischen oder multistatischen Radar, vgl. Sec. 13.6 in "Introduction to RADAR SYSTEMS" von Skolnik, NcGraw-Hill Book Company, 1962).
• Um einen Angreifer trotzdem melden zu können, müssen die Radarsensoren bei diesem System so empfindlich eingestellt werden, daß sie bereits auf geringste Körperbewegungen in radialer Richtung bei den Eriech- oder Gehbewegungen des Angreifers ansprechen.
• Durch diese relativ hohe, aber doch notwendige Anzeigeempfindlichkeit wird die enge der möglichen Störobjekte vergrößert und die Falschalarmrate des Systems erhöht.
• Ein weiterer Nachteil der mono statischen CW-Dopplerradargeräte in dem bekannten System zur Geländeüberwachung ist die relativ hohe Anzeigeempfindlichkeit der Radargeräte gegenüber Niederschlag (Regen). Eine Dämpfung dieser Störechos durch Verwendung zirkularpolarisierter Wellen läßt sich bei diesem System nicht ohne weiteres einführen, da großflächige Metallplatten (Bleche), die ein Angreifer mit sich führt und hinter denen er sich verbirgt, dann ein gutes Täuschungsmittel zum Überwinden des überwachten Streifens darstellen würden.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend aufgezeigten Nachteile des bekannten Gelände-Überwachungssystems zu beseitigen.
• Die Erfindung macht im Rahmen ihres allgemeinen Erfindungsgedankens von der ihr zugrunde liegenden Erkenntnis vorteilhaften Gcbrauch, daß die Aufstellungsweise der Radarsensoren des bekannten Systems, die das gegenseitige Einstrahlen der Sendewellen benachbarter monostatischer Radargeräte auf die Radarempfänger beinhaltet, dazu führt, daß in dem System latent die Information eines bistatischen Radargerätes enthalten ist und zur Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufhabe herangezogen werden kann.
• Durch eine Ausnützung der bistatischen Radarinformationen zu einer Alarmgabe der Radarsensoren lassen sich ohne unerwünscht hohe Sensorempfindlichkeiten, die ansonsten Fehlalarme begünstigen, die eigentlichen Angriffsbewegungen, nämlich die zum Durchbrechen des überwachten Gelandestreifens beim bekannten System alleinigen Tangentialbewegungen feststellen. Das bistatische Radarprinzip ist dabei vorteilhafterweise weitestgehend störunempflndlich gegen Niederschlag.
• Die wesentlichen Merkmale der Erfindung und ihrer Weiterbildungen sind außer den vorangegangenen Ausführungen den Patentansprüchen und/oder der folgenden Beschreibung entnehmbar.
• In Fig. 1 ist eine Skizze gezeigt, an Hand der das Entstehen der Dopplerfrequenz bei einem bistatischen Radargerät erklärt werden kann.
• Die Sendewelle der Station 1 strahlt auf der Fluchtlinie "Y" direkt in die Antenne der Station 2. Betritt ein Angreifer in Bewegungsrichtung "A", also senkrecht zur Fluchtlinie "Y", die Erfassungsbereiche der Stationen 1 und 2, so wird ein Wellenzug der Station 1 an der Person umgespiegelt in Richtung zur Station 2 und überlagert sich in Radarempfänger mit der direkten Einstrahlung.
• Der Dopplereffekt kommt durch die Wegverkürzung X1 + X2 auf der durch die Person zurückgelegten Wegstrecke "S" zustande. iiierbei gelten folgende Gleichungen: #X1 sinα = #X2 sinß = S #X1 + AX2 = S (sinα + sinß) ########## = @@ = ## # (sinα + sinß) = @ @ (sinα + sinß) dt = = dt @@@ + sin - tang sin + sin-Vx Vtang RadarfD = = # (sinα + sinß) mit # = Betriebs-# # wellenlänge Das bistatische System ist unempfindlich bei Bewegungen auf der Fluchtlinie "Y" oder wenn X1 + X2 = konstant ist.
• Bei den hier genannten Bewegungen ist dann das monostatische System empfindlich.
• In Fig. 2 ist das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung mit einer Radarsensor für Auswertung der bistatischen und monostatischen Radarinformationen wiedergegeben.
• Fig. 3 zeit eine Prinzipdarstellung (Draufsicht) für den Aufbau der Radarsensoren bei der Erfindung.
• Das CW-Dopplerradarteil gemäß Fig. 2 beinhaltet einen in der Frequenz resonatorstabilisierten Gunnoszillator, eine Leistungsverteilung (Hybrid) auf die beiden Antennen sowie einen gemein-Samen Empfangsweg (llybrid) für beide Antennen mit nachfolgenden Empfängereingangsfilter und Mischer (Diode).
• Durch die Aufstellweise der Radarsensoren gemäß Fig. 1 wird zusätzlich zum monostatischen das bistatische Radarsystem realisiert, und zwar gemäß Fig. 2 derart, daß an der Mischdiode bei erfaßten Bewegungsvorgängen im überwachten Raum die m.onostatischen Dopplerfrequenzen im NF-Bereich und die b bistatischen Dopplerfrequenzen im ZF-Bereich (Differenz der Betriebsfrequenzen benachbarter Radarsensoren) anstehen. Am Mischerausgang des CW-Doppler-Radarteils sind deshalb für die Signalverstärkung ein ZF-Verstärker und ein NF-Verstärker angeschlossen, die eine getrennte Weiterverarbeitung nach monostatischer und bistatischer Radarinformation erlauben. An den ZF-Verstärker schlieSt sich im Signalweg eine Signalgleichrichtung an. Die Ilöhe der Richtspannung vom ZF-Träger wird von einem Komparator auf den Sollbereich überwacht. Sinkt die Richtspannung unter einen minimalen Sollwert (Einstrahlung der Gegenstation wird unterbrochen oder gedämpft), gibt der Komparator über eine ODER-Schaltung ein Schaltsignal auf das Alarmrelas und löst über eine Alarmschleife (bistatisch) somit einen Alarm in einer Auswertezentrale aus.
• Durch diese Schaltung werden: a) Die VDE-Vorschriften für die Uberwachung aller zu einer Alarmauslösung beitragenden Schaltkreise sinngemäß auch auf das HF-Feld bezogen und somit erfüllt b) Das Abdecken eines Angreifers mit Dämpfungsmaterial oder Blechplatten erkannt, da die gegenseitige Einstrahlung der Radarstationen dadurch heruntergesetzt bzw. unterbunden wird und c) ein gebückter oder aufrecht stehender Angreifer auch ohne Bewegung erkannt (Schrankenprin3ip).
• Ist die Richtspannung am Ausgang der Signalgleichrichtung mit einer Dopplerschwebungsfrequenz amplitudenmoduliert, so spricht ein bistatischer Signalgeber auf diese Wechselspannung an, wenn ihre Amplitude eine Spannungsschwelle überschreitet. Das Ausgangssignal von bistatischen Signalgeber bewirkt über die ODER-Schaltung und das Alarmrelais eine Alarmgabe an eine Auswertezentrale.
• In der {uswertezentrale werden die Alarmgaben von den monostatischen Radarsystemen auf Alarmkoinzidenzen benachbarter Stationen (Janusprinzip) für das Ausgeben eines Vollalarms an die Nebenmelderzentrale (n,ewachungsmannschaft) untersucht.
• Alarmgaben von einem bistatischen Radarsystem (Lomperator, bistatischer Signalgeber) erden von der Auswertezentrale direkt als Voll alarm an die Nebenmelderzentrale ausgegeben.
• Für die Fernprüfung befindet sich in den Radarsensoren ein Prüfrelais, das einen Prüfgenerator (!odulator) auf den Gunnoszillator im CW-Doppler-Radarteil schaltet. Die Amplitudenmodulation des Gunnoszillators erzeugt an der Mischdiode des ClZ-Doppler-Radarteils eine niederfrequente Wechselspannung, die über den NF-Verstärker und monostatischen Signalgeber einen Alarm an die Auswertezentrale bewirkt. In der Auswertezentrale wird diese auf eine Fernprüfung hin erfolgte Alarmgabe als "Radarstation in Ordnung" quittiert.
• Die Fernprüfuno wird dabei von der Auswertezentrale von Hand und im überwachten Betrieb der Anlage, also in scharfgeschaltetem Zustand, von einem in der Auswertezentrale befindlichen Prüftaktgenerator ausgelöst. Die Fernprüfung vom Prüftaktgenerator erfolt In Zeitabständen, die nach einem statistischen Gesetz schwanken und somit vom Gegner nicht vorausbestimmbar sind.
• (Rückgekoppeltes Schieberegister).
• Wegen der zeitlich kurzen Prüfdauer ist ein nicht entdeckbarer Durchbruch des AnSreifers während einer Prüfung mit hoher Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen.
• Für das Abstrahlen einer zirkularpolarisierten Welle befinden sich vor den Antennen z. B. polarisationsfilter.
• Die Verwendung einer polarisierten Welle, um Störechos von Hydrometeoren (Regen) zu dämpfen, ist bei dem hier beschriebenen System erlaubt, da die "Täuschungsmittel" (Dampfungsmatten oder Metallplatten) über das Schrankenprinzip (Überwachung der Einstrahlung von den D;achbarstationen) zu einer Alarmmeldung führen.
• Ein getasteter Spannungsregler setzt die an den adarsensoren anstehende Anlagenspannung, z. B. 24 V Gleichspannung, auf die im Gerät notwendigen Betriebsspannungen herunter und stabilisiert sie.
• Auf dem von Radar überwachten Geländestreifen werden zwischen den Radarstationen Kriechhindernisse von ca. 2 m Lange und ca. 60 cm höhe in einer Flucht und ineinander verriegelt (Haken und Öse; verschraubt; Nut und Feder; Zarge usw.) aufgestellt, un einen Angreifer zu besonderen Bewegungen ir das Überwinden des Überwachten Geländestreifens zu zwingen. Das Herauslösen von Kriechhindernissen aus dem Verband ist von der Angriffseite (Zaun) ohne Werkzeug (Eisensage etc.) nicht möglich. Das Gleiche gilt für Beschädigungen, die die Kriechhindernisse wirkungslos machen. Als besonderc Bewegung fir das Überwinden des überwachten Geländestreifens gilt das Aufrichten einer an Boden kriechenden Person zur Übersteigen der @@@chhindernisse, auch in gebückter LItung. An der Cbrseite der Hriechhindernisse befinden sich spitze und scharfkantige Stäbe (Dornen), um einen Angreifer in die Gefahr zu bringen, daß seine Kleidung verhakt und es zu ruckartigen, unkontrollierten Bewegungen seinerseits kommt.
• An den Kriechhindernissen befinden sich auf der überwachten Seite Vorrichtungen, wie Haken oder Ösen, zum Einlegen der Verbindungskabel für die Radarsensoren. Bei einer Verlegung der Kabel parallel zum Überwachungsstreifen besteht dann die Möglichkeit, die Kabel an den Krie chhindernissen und somit vom Erdboden frei, zu verlegen.
• Die Umlenkspiegel werden zur Begrenzung des überwachten Geländestreifens z. B. ei einer Toreinfahrt oder an der Pforte aufgestellt. Sie lenken die Radarwellen mit einem Erhebungswinkel von ca. 40° um. Hinter den Umlenkspiegeln werden Bewegungen nicht gemeldet. Der Umlenkspiegel ist ca. 1 m breit und ca.
• 2 m hoch, die Winkel sind ca. 1100 zur ijorizontalen. Für die einseitige Begrenzung des überwachten Geländestreifens werden mehrere Spiegel nebeneinander aufgestellt. Das Aufstellen von Umlenkspiegeln wird auch bei einem winkligen Verlauf der Umzahnung notwendig, um Bewegungen außerhalb des Geländes nabzuschatten" d. h. nicht zu melden. (Fig. 3) Die Erfindung und ihre Weiterbildungen ergeben gegenüber dem Stand der Technik be einer Geländeüberwachung z. B. mit CW-Dopplerradargeräten folgende vorteile: a) Anzeigeempfindlichkeit des Überwachungssystems auf Radial-und/oder Tangentialbewegungen des Angreifers.
• b) Die Uberwachungsempfindlichkeit des monostatischen fladarsystems (bisherige System) kann reduziert werden und damit auch die Störanfälligkeit durch Wettereinflüsse.
• c) Das Radarsystem kann auf Zirkularpolarisation ei der abgestrahlten Welle umgestrahlt werden, wodurch sich eine weitere Reduzierung der Störmöglichkeit des monostatischen Radarsystems durch Regen ergibt.
• d) Auf der Aufstell-Fluchtlinie der Radarsensoren wird in höhe der Antenne auch ein Angreifer ohne Bewegung gemeldet (Sehrankenprinzip).
• e) Durch die Kriechhindernisse wird ein am Boden schleichender Angreifer genötigt, sich aufzurichten. Dadurch vergrößert er seine adarreflexionsfläche und damit die Wahrscheinlichkeit seiner Entdeckung über das Radarsystem. Außerdem können die Erfassungsdiagramme der Radarsensoren in der Elevation angehoben werden, ("vom Boden weg"), so daß Kleinwild am Boden nicht zu Falschalarme beitragen können.
• f) Die Einführung von Umlenkspiegeln erlaubt die Herausnahme z. B. eines Zufahrtsweges zur Pforte des zu sichernden Geländes aus der Alarmgabe der Uberwachungsanlage. Außerdem kufen bei einem winkligen Verlauf der Überwaciiungsstrecke Bewegungen außerhalb des Geländes damit "abgeschattet" werden. (Fig. 3) g) Die nach einem statistischen Gesetz schwankenden Zeitabstände für die Fernprüfungen der Radarsensoren erlauben es einen Gegner nicht, den Zeitpurkt einer Fernprüfung vorauszubestimmen und diese Fernprüfung zum unentdeckten Überwinden des überwachten Geländestreifens zu nutzen.
• h) Die Erfassungsbereiche der monostatischen @adarsysteme der Radarsensoren sind so gewählt, daß die benachbarten Radarsensoren sich jeweils noch in ihren Wirkungsbereichen befinden, so daß das Übersteigen eines Radarsen:ors durch einen Angrei@er von den bonachbarten Radarsensoren gemeldet wird. (Fig. 3) Bei einer weiteren Ausführungsform der rfindung wird das monostatische Randarsystem nur für die Eigenüberwachung der Radarsensoren auf Annäherung eines Gegners zu venrenden. Durch die dann geringe, notwendige Meßreichweite von ca. 1 m (Rundstrahldiagramm von z. B. einem Dipol in einem Radom) wird nochmals eine Reduzierung der Wetteremfindlichkeit beim monostatischen Radarsystem erreicht.
• Zwischen den Radarsensoren wird dann nur das weitestgehend wetterunempfindliche bistatische Radarsystem mit dem Schranken-Prinzip wirksam sein.

Claims (16)

Patentansprüche

1. System zur Überwachen eine5 vorgegebenen aus eine. Flächen-oder Raumausschnitt bestehenden Überwachungsgebietes auf das Auftreten möglicher Premd- oder Störkörper, beispielsweise unbefugter Personen, in dem Gebiet und beim Feststellen eines solchen Auftretens zum automatischen @rzeugen eines vorgegebenen Steuerbefehls, beispielsweise des Auslösesignals einer Alarmgebeeinrichtung, unter Verwendung mindestens eines vorzugsweise nach dem Rückstrahlverfahren arbeitenden Sensors, dadurch gekennzeichnet, das dcr mindestens eine Sensor nach Art bitatscher oder multistatischer Radargeräte betreibbar ist.

2. System nach anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da3 der mindestens eie Sensor ein bistatisches oder multistatisches Radargerät ist.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Radargerät ein Doppler-Radargerät ist, bei den Bewegungen der Premd- oder Störkörper aus der Dopplerschwingung erkannt werden.

4. System nach anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Radargerät ein CW-Doppler-Radargerät ist.

5. System nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß am Empfänger-Mischorausgang des Radargerätes die Differenz der Betriebsfrequenzen benachbarter Radarsender selektiv weiterverarbeitet ir, um die bistatische Radarinformation z gewinnen, wozu ein Signalgleichrichter vorgesehen ist, dessen Richtspannungshöhe bei Unterschreiten eines Schwellwertes ein Indiz für eine notwendige Alarmgabe ist, die auf einer Verminderung oder Unterbindung der gegenseitigen Einstrahlung der Radarsender in die gegenüberliegenden empfänger durch einen Fremd-oder Störkörper basiert.

5. System nach @nspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den Ausgang des Signalgleichrichters ein bistatischer Signal geber angeschlossen ist, der einen alarm auslöst, sofern die der Richtspannung überlagerte Wechsel spannung einen weiteren Schmellwert überschreitet.

System nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine monostatische Radarinformationsauswertung vorgesehen ist, wozu am Empfänger-Mischerausgang die Differenz der eigenen Sende- zur eigenen Empfangsfrequenz örtlich gemeinsame Sender und Empfänger selektiv im NiederfrequenzbereIch weiterverarbeitet wird, und zwar mittels eines onostatischen Signalgebers, der einen Alarm auslöst, sofern das nlederfrequente Mischerausgangssignal einen vorgegebenen Mindestwert überschreitet und eine analoge Überschreitung auch im benachbarten Sende-Empfangsort bei der monostatischen Informationsauswertung feststellbar ist.

8. System nach einem der Ansprüche 2 bis 7, gekennzeichnet durch eine in unterschiedlichen Zeitabständen wirksame oder einschaltbare Prüfschaltung zur kurzfristigen Betriebsfunktionsprüfung des Systems.

9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch Anwendung zirkularer oder elliptisch polarisierter Sender/ Empfangswellen.

10. System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Überwachungsgebiet Eriechhindernisse in einer Flucht vorgesehen sind, die einen Angreifer zu besonderen Bewegungen für das überwinden der Hindernisse zwingen, beispielsweise zum Aufrichten des kriechenden Angreifers.

11. System nach Anspruch 1G, dadurch gekennzeichnet, daß an der OberseIte der Kriechhindernisse Spiegel und/oder scharfkantige Erhebungen, beispielsweise Dornen, angebracht sind.

12. System nach anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß in der Flucht dcr Kriechhindernisse die notwendigen Verbindungsliabel zwischen benachbarten Sensorstationen verlegt sind.

13. System nach einem der Ansprüche 1 bis 12 , dadurch gekennzeichnet, daß zur Begrenzung des Überwachungsgebietes, beispielsweise bei einer Toreinfahrt, Umlenkspiegel vorgesehen sind, hinter denen auftretende Bewegungen nicht zum Erzeugen des vorgegebenen Steuerbefehis, beispielsweise eines Alarms, führen.

14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur einseitigen Begrenzung des Überwachungsgebietes mehrere Spiegel nebeneinander aufgestellt sind, beispielsweise bei einem winkligen Verlauf der Grenzen des Überwachungsgebietes (z. B. der Umzäunung), um Bewegungen außerhalb des Überwachungsgebietes nicht zur Steuerbefehlserzeugung auszuwerten.

15. System nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die monostatischen Radarinformationen nur für die Eigenüberwachung der Radarsensoren auf Annäherung eines Fremd-oder Störkörpers herangezogen werden können und daß hierzu die Meßreichweite des monostatischen Radargerätes klein gegen diejenigen des bistatischen gewählt ist, beispielsweise in der Größenordnung von 1 m.

16. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Sende/Empfangsantenne des monostatischen Radargerätes ein rundstrahlender Dipol vorzugsweise in einem Radom vorgesehen ist.