DE2450732C3

DE2450732C3 - Überwachungssystem mit nach dem Rückstrahlverfahren und als Schranke arbeitendem Sensor

Info

Publication number: DE2450732C3
Application number: DE19742450732
Authority: DE
Inventors: Gerhard 7900 Ulm Hormann; Heinrich Dipl.-Ing. 7901 Altheim Starr
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1974-10-25
Filing date: 1974-10-25
Publication date: 1979-01-04
Also published as: DE2450732A1; DE2450732B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zum Überwachen eines vorgegebenen, aus einem Flächenoder Raumausschnitt bestehenden Überwachungsgebietes auf das Auftreten möglicher Fremd- oder Störkörper, beispielsweise unbefugter Personen, in dem Gebiet und beim Feststellen eines solchen Auftretens zum automatischen Erzeugen eines vorgegebenen Steuerbefehls, beispielsweise des Auslösesignals einer Alarmgebeeinrichtung, unter Verwendung mindestens eines nach dem Rückstrahlverfahren und als Schranke arbeitenden bistatischen oder multistatischen Sensors,

ίο dessen wirksamer Erfassungsbereich das Überwachungsgebiet überdeckt Dieses System eignet sich besonders vorteilhaft zur automatischen Freigeländeüberwachung, ist im Prinzip aber auch innerhalb von Gebäuden benutzbar. 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 daß die Erfindung darauf eingeschränkt ist.

Ein bistatischer Sensor der Radartechnik ist (vgl. Fig. 13.4(b) auf Seite 585 des Buches von Skolnik, »Introduction to Radar Systems«, McGraw-Hiil, 1962) bekanntlich ein Radargerät mit örtlich getrennten Sende- und Empfangsantennen, zwischen denen sich einerseits eine direkte Übertragungsstrecke (vergleichbar mit einer quasioptischen Rich'funkübertragungsstrecke) und andtrerseits eine mit dem Umweg über das jeweilige Zielobjekt, das sich in der Regel außerhalb der

direkten Übertragungsstrecke befindet, verlaufende weitere Übertrpgungsstrecke der Radarschwingungen befinden. Bei der Empfangsantenne laufen beide Übertragungsstrecken, von der Sendeantenne kommend, wieder zusammen. Ein multistatisches Radargerät ist gekennzeichnet durch eine einzige Sendeantenne und mehr als zwei sowohl von der Sendeantenne als auch voneinander örtlich getrennte Empfangsantennen bzw. Empfänger. Demgegenüber ist ein übliches Radargerät mit gemeinsamer Sende/Empfangs-Antenne ein monostatischer Sensor.

Bei dem durch die GB-PS 9 59 140 bekannten Überwachungssystem dieser Art ist das zu schützende Gelände oder Objekt durch eine lückenlose Kette aus Hochfrequenz-Schranken umgeben. Jede dieser Schranken ist ein bistatischer Sensor und besteht an ihrem einen Ende aus einer Richtfunksendeanlage, deren Antennendiagramme das Schrankengebiet überdeckt, und an ihrem anderen Ende aus einer Richtfunkempfangsanlage, deren Antenne auf die zur gleichen Schranke gehörige Sendeanlage gerichtet ist. Die Sendeschwingungen werden durch Fremd- oder Störkörper, die in das Schrankengebiet eindringen, dopplermoduliert und dadurch empfangsseitig erkennbar. Auf diese Erkennung hin erfolgt die automatische Auslösung des jeweils vorgegebenen Steuerbefehls, beispielsweise eines Alarms.

Die DE-OS 16 16 424 befaßt sich mit einem Geländeüberwachungssystem, das aus kooperativen Sensoren aufgebaut ist. Din Sensoren sind in etwa gleichen Abständen und in einer Flucht an den Grenzen eines zu überwachenden Geländes aufgestellt und melden das Eindringen einer unbefugten Person, Falschalarme durch natürliche Störobjekte, wie z, B, Flügwild oder Niederwild, wefderi weitestgehend

dadurch Vermieden, daß ein Alarm vom Überwachungssystem erst dann abgegeben wird, Wenn zwei benachbarte Sensoren gleichzeitig die Anwesenheit eines Objekts in ihren sich gegenseitig überlappenden

Erfassungsdiagrammen melden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten gattungsgemäßen Gelände-Überwachungssysteme hinsichtlich ihrer Überwachungssicherheit, mit der Fremd- bzw. Störkörper erkannt und Fehlalarme vermieden werden, zu verbessern.

Die Merkmale der Erfindung und ihrer Weiterbildungen sind den Patentansprüchen und der folgenden Beschreibung entnehmbar.

Die niederfrequente Gewinnung von Dopplerinformationen durch gegenseitige Überlagerung der monostatischen Sende- und Empfangsschwingungen ist bei monostatischen Radargeräten allgemein üblich, und die zwischenfrequente Gewinnung der Dopplerinformation durch Überlagerung der monostatischen Sendemit den bistatischen Empfangsschwingungen ist aus der DE-OS 19 20 512 an sich bekannt.

Bei der Erfindung werden vorteilhafterweise drei Steuerbefehlkriterien ausgenutzt, nämlich
1. auf der Grundlage der monostatischen Signalaus-

Wertung,
Z basierend auf der Auswertung der bi- oder multistatischen Signalauswertung und
3. durch Anwendung des Schrankenprinzips, und zwar in der Weise, daß sich ein besonders wirtschaftlicher Geräteaufbau realisieren läßt, der sich beispielsweise dadurch auszeichnet, daß für die Gewinnung der zwischenfrequenten Dopplerinformationen kein besonderer Überlagerungsoszillator erforderlich ist

In F i g. 1 ist eine Skizze gezeigt, anhand 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 Eindringling 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 im Radarempfänger miit der direkten Einstrahlung. Der Dopplereffekt kommt durch die Wegverkürzung A(X \ + X 2) auf der durch die Person zurückgelegten Wegstrecke »S« zustande. Hierbei gelten mit den aus Fig. 1 ersichtlichen Größenbezeichnungen folgende Gleichungen:

sin \ = —

I ΑΊ

sin f) =

\X2

Xl + . 1 X 2 = S ■ (sin χ + sin fi),
ds

d( ΙλΊ + ΛΧ2) at

"- = V_x = -r- · (sin ■» + sin /i)
= Kang ■ (sin ί + sin β),
= -~ = -y²²- · (sin λ + »in /?)

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mit λ = Radar-Betriebswellenlänge und V = Geschwindigkeit(skomponente).

Das bistatische System ist unempfindlich bei Bewe^ gungen auf der Fluchtlinie »Y« oder wenn X\+X2 = konstant ist.

65 Bei den hier genannten Bewegungen ist dann das monostatische System empfindlich.

In F i g, 2 ist das Blockschaltbild eineh Ausfühvungsbeispiels der Erfindung mit einem Radarsensor für Auswertung der bistatischen und monostatischen Radarinformationen wiedergegeben.

Fig.3 zeigt eine Prinzipdarstellung (Draufsicht) für den Aufbau der Radarsensoren bei der Erfindung.

Das CW-Dopplerradarteil gemäß Fig.2 beinhaltet einen in der Frequenz resonatorstabilisierten Gunn-Oszillator, eine Leistungsverteilung (Hybrid) auf die beiden Antennen sowie einen gemeinsamen Empfangsweg (Hybrid) für beide Antennen mit nachfolgendem Empfängereingangsfilter und Mischer (Diode).

Durch die Aufstellweise der Radarsensoren gemäß F i g. 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 monostatischen Dopple^rfrequenzen im NF-Bereich und die bistatischeti Dopplerfrequenzen im ZF-Be .ich (Differenz der Betriebsfrequenzen benachbarter Ridarsensoren) an stehen. Am Mischerausgang des CW-Dopplerradarteils sind deshalb für die Signalverstärkung ein ZF-Verstärker und ein N F-Verstärker angeschlossen, die eine getrennte Weiterverarbeitung nach monostatischer und bistatischer Radarinformation erlauben. An den ZF-Verstärker schließt sich im Signalweg eine Signalgleichrichtung an. Die Höhe 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 Alarmrelais und löst über eine Alarmschleife (bistatisch) somit einen Alarm in einer Auswertezentrale aus.

Durch diese Schaltung werden:

a) die VDE-Vorschriften für die Überwachung aller zu einer Alarmauslösung beitragenden Schaltkreise sinngemäß auch auf das H F-Feld bezogen und somit erfüllt,

b) das Abdecken eines Eindringlings mit Dämpfungsmaterial oder Blechplatten erkannt, da die gegenseitige Einstrahlung der Radarstationen dadurch heruntergesetzt bzw. unterbunden wird, and

c) ein gebückter oder aufrecht stehender Eindringling auch ohne Bewegung erkannt (Schrankenprinzip).

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 Ausgangssujnal vom bistatischen Signalgeber bewirkt über die ODER-Schaltung und das Alarmrelais eine Alarmgabe an eine Auswertezentrale.

In der Auswertezentrale werden die Alarmgaben von den monostatischen Radarsystemen auf Alarmkoinzidenzen benachbarter Stationen (Janusprinzip) für das Ausgeben eint j Vollalarms an die Nebenmelderzentrale (Bewachungsmannschaft) untersucht. Alarmgaben von einem bistatischen Radarsystem (Komparator, bistatischer Signalgeber) werden von der Auswertezentrale direkt als Vollalarm an die Nebenmelderzentrale ausgegeben.

Für die Fernpfüfung befindet sich in den Radarsensoren ein Prüfrelais, das einen Prüfgenerator (Modulator) auf den Gunn^Oszillator im CW-Dopplerradarteil

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schaltet. Die Amplitudenmodulation des Gunn-Oszillators erzeugt an der Mischdiode des CW-DoppIerradarteils eine niederfrequente Wechselspannung, die über den N F-Verstärker und monostatischen Signalgeber einen Alarm an die Auswertezentrale bewirkt. In der Auswertezenfrale wird diese auf eine Ferfipfüfüfig hin erfolgte Alarmgabe als »Radarstation in Ordnung« quittiert.

Die Fernprüfung wird dabei von der Auswertezentrale von Hand und im überwachten Betrieb der Anlage, also im scharfgeschalteten Zustand, von einem in der Ausv/ertezentrale befindlichen Prüftaktgeneratof ausgelöst. Die Fernprüfung vom Prüftaktgenerator erfolgt 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 Eindringlings 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« (Dämpfungsmatten oder Metallplatten) über das Schrankenprinzip (Überwachung der Einstrahlung von den Nachbarstationen) zu einer Alarrnmeldung führen.

Ei:n getasteter Spannungsregler setzt die an den Radarsensoren 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 Länge und ca. 60 cm Höhe in einer Flucht und ineinander verriegelt (Haken und Öse; verschraubt; Nut und Feder; Zarge usw.) aufgestellt, um einen Eindringling zu besonderen Bewegungen für das Überwinden des überwachten Geländestreifens zu zwingen. Das Herauslösen von Kriechhindernissen aus dem Verband ist von der Angriffseite (Zaun) ohne Werkzeug (Eisensäge etc.) nicht möglich. Das gleiche gilt für Beschädigungen, die die Kriechhindernisse wirkungslos machen. Als besondere Bewegung für das Überwinden des überwachten Geländestfeifens gilt das Aufrichten einer am Boden kriechenden Person zum Übersteigen der Kriechhindernisse, auch in gebückter Haltung. An der Oberseite der Kriechhindernisse befinden sich spitze und scharfkantige Stäbe (Dornen), um einen Angreifer in die Gefahr zu bringen, daß seine Kleidung verhakt und es zu ruckarligen, 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 Kriechhindernissen und somit

"" VUIIIIiIUUUUCIIII

=-■ ■'-- zu verlegen.

Die Umlenkspiegel werden zur Begrenzung des überwachten Geländestreifens, z. B. bei 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. 110° zur Horizontalen. Für die einseitige Begrenzung des überwachten Geländereifens werden mehrere Spiegel nebeneinander aufgestellt. Das Aufstellen von Umlenkspiegeln wird auch bei einem winkligen (abknickenden) Verlauf der Umzäunung notwendig, um Bewegungen außerhalb des Gel ändes »abzuschatten«, d. h. nich t zu melden (Fig. 3).

Es ist zweckmäßig, die Erfassungsbereiche der monostatischen Sensoren so zu wählen, daß die benachbarten Sensoren sich jeweils noch in ihren Wirkungsbereichen befinden, so daß das Übersteigen eines Sensors durch einen Eindringling von den benachbarten Sensoren gemeldet wird (F i g. 3).

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. System zum Überwachen eines vorgegebenen, aus einem Flächen- oder Raumausschnitt bestehenden Überwachungsgebietes auf das Auftreten möglicher Fremd- oder Störkörper, beispielsweise unbefugter Personen, in dem Gebiet und beim Feststellen eines solchen Auftretens zum automatischen Erzeugen eines vorgegebenen Steuerbefehls, beispielsweise des Auslösesignals einer Alarmgebeeinrichtung, unter Verwendung mindestens eines nach dem Rückstrahlverfahren und als Schranke arbeitenden bistatischen oder multistatischen Sensors, dessen wirksamer Erfassungsbereich das Überwachungsgebiet überdeckt, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens in einem Empfangspunkt (Station 2) des bistatischen oder multistatischen Sensors zusätzlich ein monostatischer Sensor in der Weise eingesetzt ist, daß für den Steuerbefehl auswertbare Dopplerinformationen sowohl — wie an sich bekannt — niederfrequent (N F-Verstärker) durch gegenseitige Überlagerung der monostatischen Sende- und Empfangsschwingungen als auch — wie an sich bekannt — zwischenfrequent (ZF-Verstärker) durch Überlagerung der monostatischen Sendeschwingungen mit den empfangenen bi- oder multistatischen Sendeschwingungen gewonnen werden.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Überwachungsgebiet Kriechhindernisse in ''«her Flucht vorgesehen sind, die einen Eindringling zu besonderen Bewegungen für das Überwinden der Hindernisse zwingen, beispielsweise zu seinem eigenen Aufrichten (F i g. 3).

3. System nach Anspruch z, dadurch gekennzeichnet, daß an der Oberseite der Kriechhindernisse scharfkantige Erhebungen, beispielsweise Dornen, angebracht sind.

4. System nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Flucht der Kriechhindernisse die notwendigen Verbindungskabel zwischen benachbarten Sensorstationen verlegt sind.

5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Begrenzung des Überwachungsgebietes, beispielsweise bei einer Toreinfahrt, Umlenkspiegel vorgesehen sind, hinter denen auftretende Bewegungen nicht zum Erzeugen des vorgegebenen Steuerbefehls, beispielsweise tines Alarms, führen (F i g. 3).

6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur einseitigen Begrenzung des Überwachungsgebietes mehrere Spiegel nebeneinander Aufgestellt sind, beispielsweise bei einem winkeligen Verlauf der Grenzen des Überwachungsgebietes (z. B. der Umzäunung), um Bewegungen außerhalb des Überwachungsgebietes nicht zur Steuerbefehlsirzeugung auszuwerten.

7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Sende/Empfangs-Antenne des monostatischen Sensors ein rundstrahlender Dipol — vorzugsweise in einem Radom — Vorgesehen ist,