DE3200147C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Raum­ überwachung durch Auswertung von Signalen eines Bewe­ gungsmelders, dessen Signalamplituden sich zeitlich bei einer Bewegung eines Körpers in einem Überwachungsbe­ reich ändern, und wobei der Amplitudenverlauf eines emp­ fangenen Bewegungsmeldersignals fortlaufend mit demjeni­ gen eines gespeicherten Bewegungsmeldersignals vergli­ chen wird und abhängig vom Vergleichsergebnis ein Alarm­ signal auslösbar ist.

Ein derartiges Verfahren ist durch die GB-PS 20 50 022 bekanntgeworden.

Ein Bewegungssignal aus einem Bewegungsmelder, in dessen Überwachungsbereich sich ein Körper wie beispielsweise eine durchschreitende Person bewegt, hat einen zeitli­ chen Amplitudenverlauf, der der Art der Bewegung und/ oder der Art des Körpers entspricht. Bei einem bekannten Verfahren zur Auswertung eines derartigen Bewegungssi­ gnals wird die Amplitude über eine vorbestimmte Zeitdauer darauf überprüft, ob sie innerhalb eines bestimmten Am­ plitudenbereichs liegt. Falls die Amplitude während der bestimmten Zeitdauer einen bestimmten Wert hat, wird dies zur Erzeugung eines Alarmsignals gewertet. Dieses bekannte Verfahren ist jedoch insofern unzulänglich, als damit nur ein Bewegungssignal einer bestimmten Art, nämlich mit einem bestimmten festgelegten Amplitudenab­ lauf erfaßbar ist (DE-OS 19 13 768).

Als ein weiteres Verfahren zur Auswertung von Bewegungs­ signalen ist es bekannt, ein empfangenes Bewegungssignal hinsichtlich der sich aus dem Amplitudenverlauf ergeben­ den Frequenzen in verschiedene Kanäle aufzuteilen und an den Kanälen die Amplituden für die einzelnen Fre­ quenzbereiche zu überwachen. Dadurch ist es zwar mög­ lich, verschiedenartige Bewegungssignale zu erfassen, jedoch wird zugleich die Wahrscheinlichkeit gesteigert, daß in einzelnen, an sich nicht zu meldenden Bewegungs­ signalen Frequenz/Amplituden-Komponenten enthalten sind, deren Erfassung zu einer fälschlichen Alarmabgabe führt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, das das fehlerfreie Auswerten verschiedenartiger Bewe­ gungsssignale erlaubt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im kennzeich­ nenden Teil des Patentanspruchs 1 angeführten Mitteln gelöst.

Demnach wird zunächst jeweils der Amplitudenverlauf von mehreren Erwartungssignalen abgespeichert, der dem Amp­ litudenverlauf eines bestimmten, zu erfassenden Bewe­ gungssignals entspricht. Durch Vergleich des Amplituden­ verlaufs eines empfangenen Bewegungssignals einerseits und eines jeden der Erwartungssignale andererseits wird bei Übereinstimmung ein Übereinstimmungssignal gewonnen, aus dem ein Alarmsignal abgeleitet werden kann. Durch diese Überwachung des ganzen zeitlichen Verlaufs der Amplitude ist gewährleistet, daß tatsächlich nur ein Bewegungssignal erfaßt wird, das einem der gespeicherten Erwartungssignale entspricht. Damit können einerseits verschiedenartige Bewegungssignale erfaßt werden, wäh­ rend andererseits Fehlmeldungen verhindert werden, die durch einen Frequenz-Teil des Bewegungssignals hervorge­ rufen werden, der ein anderes, zu erfassendes Bewegungs­ signal vortäuscht.

Vorteilhafterweise werden gemäß Anspruch 2 als Erwar­ tungssignale Positiv-Erwartungssignale und Negativ-Er­ wartungssignale abgespeichert. Auf diese Weise kann ein Erwartungssignal mit einem Amplituden­ verlauf, der dem Amplitudenverlauf eines Bewegungssig­ nals entspricht, das nicht zur Alarmabgabe führen soll, von vorneherein ausgeschieden werden, so daß die Mög­ lichkeit von Fehlalarmen verbessert eingeschränkt ist.

Eine besonders vorteilhafte Nutzung des erfindungsgemä­ ßen Auswertungsverfahrens besteht gemäß Anspruch 3 da­ rin, Erwartungssignale dadurch zu gewinnen, daß mittels tatsächlicher Bewegungen im Überwachungsbereich Bewe­ gungssignale erzeugt und empfangen werden, die dann als Erwartungssignale abgespeichert werden. Damit ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ein "Lernen" der Auswer­ tung ermöglicht.

Gemäß Anspruch 4 wird vorteilhafterweise das empfangene Bezugssignal vor dem Vergleich zwischengespeichert, so daß es nach einem Vergleich zur Kontrolle erneut vergli­ chen werden kann.

Das Abspeichern der Erwartungssignale kann zwar in ana­ loger Form erfolgen, wie beispielsweise auf Magnetbän­ dern oder dergleichen, jedoch ist es nach Anspruch 5 vorteilhaft, den jeweiligen Amplitudenverlauf der Erwar­ tungssignale in digitaler Form abzuspeichern, das emp­ fangene Bewegungssignal in digitale Form zu bringen und dann einen digitalen Vergleich vorzunehmen. Diese Ausge­ staltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vereinfacht die Handhabung der Signale und trägt damit zur Vermei­ dung von Fehlmeldungen bei. Bei dieser Digitalisierung ist es gemäß Anspruch 6 besonders vorteilhaft, sowohl die Erwartungssignale als auch das empfangene Bewegungs­ signal in aufeinanderfolgende sinusartige Kurvenzüge aufzuteilen, deren Amplitude und Frequenz gespeichert bzw. verglichen wird. Auf diese Weise kann bei gleichem Speicherraum eine größere Anzahl von Erwartungssignalen gespeichert werden, während der Vergleichsvorgang zu einem aufeinanderfolgenden, gleichzeitigen Vergleichen von Amplitude und Frequenz aufgelöst wird, das einen geringeren Aufwand als der gleichzeitige Vergleich der ganzen Amplitudenverläufe erfordert und zugleich die Störsicherheit verbessert. Vorzugsweise werden hierbei die Kurvenzüge der Erwartungssignale als Grenzwertdaten hinsichtlich der Amplitude und der Frequenz gespeichert, wonach aus dem empfangenen Bewe­ gungssignal durch schrittweise Annäherung einer als Aus­ gangskurve dienenden Normkurve an den tatsächlichen Amp­ litudenverlauf des Bewegungssignals Daten für die Ampli­ tude und der Frequenz gewonnen werden, deren Lage inner­ halb des gespeicherten Grenzbereichs zur Erzielung eines Übereinstimmungssignals bewertet wird. Auf diese Weise können von vorneherein durch Bildung eines bestimmten Toleranzbereichs falsche Auswertungen vermieden werden.

Bei diesen digitalisierten Verfahren ist es zweckdien­ lich, im Falle einer Tendenzumkehr des Amplitudenver­ laufs des Bewegungssignals, wie beispielsweise bei einem durch eine Störung oder eine Gegenbewegung verursachten plötzlichen Anstieg der ansonsten abfallenden Amplitude des Bewegungssignals die Normierung des Amplitudenver­ laufs des Bewegungssignals auf die vor dem Wechsel bzw. Sprung vorgenommene Normierung zurückzuführen oder diese Normierung im Gegensinne zu betreiben, um damit das Vor­ liegen eines Kurvenzugs eines Erwartungssignals auch dann zu erfassen, wenn die Übereinstimmung zum Kurvenzug des Bewegungssignals durch die Störung oder Gegenbewegung verfälscht ist.

Zur weiteren Sicherung des Auswertungsergebnisses bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann es gemäß Anspruch 1 vorteilhaft sein, zusätzlich zu dem tatsächlichen Amp­ litudenverlauf der Erwartungssignale die Hüllkurve der Amplituden abzuspeichern. Falls nämlich beim Amplituden­ verlauf verschieden zu bewertender Bewegungssignale we­ gen zu geringen Amplituden, die schlecht von Grundrau­ schen zu unterscheiden sind, oder aufgrund von Störun­ gen, die Übereinstimmung zwischen dem Bewegungssignal und einem der Erwartungssignale nicht eindeutig ist, kann über die durch Integration gewonnene Amplituden- Hüllkurve eine zusätzliche Bestätigung oder eine Aus­ scheidung erzielt werden, wodurch Fehlmeldungen vermie­ den werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemä­ ßen Verfahrens sind in den weiteren Unteransprüchen an­ geführt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungs­ beispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher er­ läutert.

Fig. 1 zeigt den Anschluß eines Bewegungsmelders bei einem Ausführungsbeispiel des Auswertungsverfah­ rens.

Fig. 2 veranschaulicht den Empfang eines Bewegungssig­ nals bei dem Anschluß nach Fig. 1.

Fig. 3 sind Zeitdiagramme, die den Bewegungssignal-Emp­ fang bei dem Beispiel nach Fig. 2 veranschauli­ chen.

Fig. 4 sind Darstellungen des Ablaufs eines Erwartungs­ signals sowie der Grenzwerte eines Kurvenzugs desselben und der Speicherungsform der Grenzwer­ te.

Fig. 5 zeigt graphische Darstellungen für ein Beispiel einer Tendenzumkehr bei einem Kurvenzug.

Fig. 6 zeigt graphisch den Amplitudenverlauf eines Be­ wegungssignals und die vereinfachte Hüllkurve des Amplitudenverlaufs.

Die Fig. 1 zeigt als Beispiel den Aufbau einer Einrich­ tung, mit der Bewegungssignale empfangen werden, die dann nach dem Auswertungsverfahren verarbeitet werden. Bei diesem Beispiel werden von einer Empfangsantenne 1 Mikrowellen empfangen, die mit einer Trägermodula­ tionsfrequenz von beispielsweise 1 kHz moduliert sind. An einer im Brennpunkt der als Hohlspiegel ausgebildeten Empfangsantenne 1 angeordneten Diode 2 entsteht ein Trä­ germodulations-Signal, dessen Spitzenwerte von der Bewe­ gung eines Körpers in dem von der Empfangsantenne 1 er­ faßten Überwachungsbereichs abhängen und damit ein Bewe­ gungssignal darstellen. Das Trägermodulations-Signal wird unter Impedanzanpassung in einem Verstärker 3 ver­ stärkt und an eine Regelstufe 4 angelegt. In der Regel­ stufe 4 werden durch Änderungen der Mikrowellen-Ausbrei­ tung verursachte Schwankungen eines Grundwerts der Spit­ zenwerte ausgeregelt. Das geregelte Trägermodulations- Signal wird über einen Selektivverstärker, der nur Sig­ nale mit der Trägermodulationsfrequenz durchläßt, auf die im folgenden anhand der Fig. 2 und 3 beschriebene Weise einem Mikrocomputer 6 zugeführt, in dem das Signal hinsichtlich eines Mindestwerts überwacht wird und das durch die Spitzenwerte gegebene Bewegungssignal ausge­ wertet wird. Falls das Trägermodulations-Signal unter einem bestimmten Wert absinkt, wird eine Minimumüberwa­ chungsstufe 7 geschaltet, mit der einerseits eine Leuchtdiode 8 eingeschaltet wird und andererseits ein Relaiskontakt 9 betätigt wird, durch dessen Betätigung in einer nicht gezeigten Meldezentrale eine Anzeige der Störung bzw. des Ausfalls des Bewegungsmelders hervorge­ rufen wird. Falls in dem Mikrocomputer 6 das Bewegungs­ signal als einem Alarmzustand entsprechendes Signal er­ kannt wird, wird von dem Mikrocomputer 6 eine Alarmstufe 10 geschaltet, so daß an dieser eine Leuchtdiode 11 ein­ geschaltet wird sowie ein Relaiskontakt 12 betätigt wird, der über eine Meldeleitung in der Zentrale eine Alarmsignal-Anzeige hervorruft.

Gemäß den Fig. 2 und 3 wird im einzelnen das Ausgangs­ signal des Selektivverstärkers 5, das bei A in Fig. 3 gezeigt ist, über eine Schnittstelle 13 an den Unterbre­ chungseingang des Mikrocomputers 6 angelegt, und ande­ rerseits in einem Synchron-Spitzengleichrichter 14 gleichgerichtet. Sobald die Amplitude des Signals einen bestimmten Wert erreicht hat, nimmt das Signal an dem Unterbrechungseingang des Mikrocomputers 6 den bei D in Fig. 3 gezeigten hohen Pegel an, bei dem der Mikro­ computer an Eingangsanschlüssen anliegende Daten auf­ nimmt. Diese Daten werden aus dem bei B in Fig. 3 ge­ zeigten Ausgangssignal des Spitzengleichrichters 14 über einen Analog/Digital-Umsetzer 15 gewonnen. Eine Einstel­ lung der Empfindlichkeit der ganzen Auswerteschaltung erfolgt hierbei dadurch, daß die Stufenzahl des Umset­ zers 15 den Erfordernissen gemäß gewählt wird. Nach der Datenübernahme wird der in dem Spitzengleichrichter 14 festgehaltene Spitzenwert mittels eines bei C in Fig. 3 gezeigten Signals aus dem Übernahme-Ausgang des Mikro­ computers 6 gelöscht. Gemäß Fig. 2 ist an Datenausgänge des Mikrocomputers 6 ein Digital/Anlog-Umsetzer 16 ange­ schlossen, mit dessen Ausgangssignal in der Regelstufe 4 das Trägermodulations-Signal geregelt wird. Während in dem Mikrocomputer 6 ein Auswertevorgang abläuft, wer­ den die an den Umsetzer 16 abgegebenen Daten festgehal­ ten, um damit die Auswertung an einem Bewegungssignal auszuführen, das sich aus nicht nachgeregelten Spitzen­ werten ergibt.

Anhand der Fig. 4 bis 6 wird nun eine Art der Ausführung des Auswertverfahrens erläutert. Ein von einem Bewe­ gungsmelder abgegebenes Bewegungssignal hat beispiels­ weise den bei A in Fig. 4 gezeigten Verlauf. Bei dem Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird dieser Amplitu­ denverlauf in aufeinanderfolgende Kurvenzüge K 1, K 2 usw. aufgelöst, die einzeln für sich einen sinusartigen Halb­ wellenverlauf haben, welcher durch die Spitzenamplitude und die Halbwellenperiode, also die Frequenz bestimmt ist. Ein derartiges Bewegungssignal nach Fig. 4A wird als zu erwartendes Signal abgespeichert. Dies erfolgt dadurch, daß die Kennwerte der einzelnen Kurvenzüge K 1, K 2 usw., nämlich die Daten für die Amplituden und die Frequenzen dieser Kurvenzüge gespeichert werden. Da bei einem tatsächlichen Bewegungssignal, dessen Verlauf dem­ jenigen des gespeicherten Erwartungssignals entsprechen soll, in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit der Bewe­ gung und der Art des Körpers bestimmte Abweichungen hin­ sichtlich der Amplitude und der Frequenz der einzelnen Kurvenzüge auftreten, der Gesamtverlauf jedoch grundle­ gend der gleiche bleibt, werden bei der Speicherung des Erwartungssignals für die einzelnen Kurvenzüge keine festen Amplituden- und Frequenzwerte eingespeichert, sondern Grenzdaten A _MAX für eine maximale Amplitude, A _MIN für eine minimale Amplitude, F _MAX für eine maximale Frequenz und F _MIN für eine minimale Frequenz. Damit er­ gibt sich für den Vergleich des Erwartungssignals mit dem tatsächlich empfangenen Bewegungssignal ein in Fig. 4B gezeigter Bereich, in dem der betreffende Kurvenzug des empfangenen Bewegungssignals liegen muß, um als mit dem entsprechenden Kurvenzug des Erwartungssignals über­ einstimmend gesehen zu werden. Für einen einzelnen Kur­ venzug Kx ergibt sich damit der in Fig. 4C gezeigte Da­ tenblock.

Das empfangene Bewegungssignal wird dadurch in Kurvenzü­ ge aufgeteilt, daß die Momentanamplitude periodisch ab­ getastet wird und mit der zeitlich entsprechenden Ampli­ tude einer Normkurve verglichen wird, die einem Kurven­ zug mit einer bestimmten Anfangsamplitude und einer be­ stimmten Anfangsfrequenz entspricht. Wenn die Bewegungs­ signal-Kurve von der Normkurve abweicht, wird die Norm­ kurve korrigiert, so daß bei der nächsten Abtastung ein Vergleich mit einem Kurvenzug erfolgt, der einen korri­ gierten Amplitudenwert und einen korrigierten Frequenz­ wert hat. Vorzugsweise wird dabei die bei der Abtastung festgestellte Abweichung des momentanen Amplitudenwerts zu gleichen Teilen als Abweichung hinsichtlich des Amp­ litudenwerts des Kurvenzugs und als Abweichung hinsicht­ lich des Frequenzwerts des Kurvenzugs behandelt. Nachdem unter ständiger Nachsteuerung der Normkurve, nämlich des Amplitudenwerts und des Frequenzwerts des Ver­ gleichs-Kurvenzugs der momentane Amplitudenwert des Be­ wegungssignals den Kurvenzug soweit durchlaufen hat, daß sich die Normkurve kaum mehr ändert, ist der betreffende Kurvenzug des Bewegungssignals durch einen Amplitudenwert und einen Frequenzwert definiert, die daraufhin überprüft werden, ob sie in dem in Fig. 4B gezeigten, in Form des Datenblocks nach Fig. 4C gespeicherten Bereich fallen. Wenn dies der Fall ist, wird ein Übereinstimmungssignal erzeugt.

Als Erwartungssignale werden auch Signale abgespeichert, die Bewegungssignalen für Bewegungen entsprechen, deren Auftreten im Überwachungsbereich des Bewegungsmelders nicht als Alarmzustand anzusehen ist. Bei einer Überein­ stimmung des empfangenen Bewegungssignals mit einem der­ artigen Negativ-Erwartungssignal führt dann ein erziel­ tes Übereinstimmungssignal nicht zu einem Alarmsignal.

Da es Erwartungssignale gibt, die gleichartige Kurvenzü­ ge enthalten, können zur Einsparung von Speicherstellen derartige Kurvenzüge einmalig abgespeichert werden und es kann dann ein Gesamt-Übereinstimmungssignal aus dem die einzelnen Kurvenzüge betreffenden Einzel-Überein­ stimmungssignalen in der richtigen Aufeinanderfolge ab­ geleitet werden.

Die Fig. 5 veranschaulicht den Fall, daß ein Bewegungs­ signal nach Fig. 5A empfangen wird, welches sich aus einer zu einer Gegenbewegung unterbrochenen Bewegung ergibt. In diesem Fall erfolgt zu Beginn der Gegenbewe­ gung eine Tendenzumkehr des Verlaufs der momentanen Amp­ litude des Bewegungssignals, was dem Folgen des Kur­ venzugs in Gegenrichtung entspricht. In diesem Fall wird bei der Amplitudenabtastung der Zeitablauf, also die Phase umgekehrt, so daß nunmehr die Normkurve, die hin­ sichtlich der Abweichungen korrigiert wird, in Gegenrich­ tung durchlaufen wird, um auf diese Weise die Kennwerte für den Kurvenzug zu erhalten. Falls im Verlauf der Amp­ litudenabtastung durch eine plötzliche Störspitze eine Amplitude ermittelt wird, die sehr stark von dem korri­ gierten Amplitudenwert der Normkurve abweicht, kann be­ züglich der Abtastung ein Rücksprung vorgenommen werden, nämlich die aus dem Wertebereich fallende Amplitude in bezug auf eine Korrektur weggelassen werden und eine bei der nachfolgenden Abtastung ermittelte "normale" Amplitude für die Korrektur der dieser Abtastung ent­ sprechenden Normkurvenwerte herangezogen werden.

Die Fig. 6A zeigt ein Beispiel für ein Bewegungssignal, das sehr schwer auszuwerten ist, da seine einzelnen auf­ einanderfolgenden Kurvenzüge nur dann hinsichtlich einer Übereinstimmung erfaßbar sind, wenn sie ganz genau, also ohne einen Toleranzbereich definiert werden. In diesem Fall hat jedoch die Amplituden-Hüllkurve des Bewegungs­ signals einen charakteristischen Verlauf, so daß als Kriterium für den Übereinstimmungs-Vergleich zwischen dem Bewegungssignal und dem Erwartungssignal der Kurven­ verlauf der Hüllkurve bzw. der Amplitudensumme herange­ zogen wird, wie er in Fig. 6B dargestellt ist. An dieser Hüllkurve erfolgt dann die Datenverarbeitung auf die gleiche Weise wie bei einem einzelnen Kurvenzug des Be­ wegungssignals.

Claims (9)

1. Verfahren zur Raumüberwachung durch Auswertung von Signalen eines Bewegungsmelders, dessen Signalampli­ tuden sich zeitlich bei einer Bewegung eines Körpers in einem Überwachungsbereich ändern, und wobei der Amplitu­ denverlauf eines empfangenen Bewegungsmeldersignals fortlaufend mit demjenigen eines gespeicherten Bewe­ gungsmeldersignals verglichen wird und abhängig vom Ver­ gleichsergebnis ein Alarmsignal auslösbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß für Bewegungen, die ein Alarmsignal auslösen sollen, jeweils ein typisches Erwartungssignal abgespeichert wird und ein Alarmsignal ausgelöst wird, wenn bei dem Vergleich bei einer Übereinstimmung des fortlaufend empfangenen Bewegungsmeldersignals mit dem Erwartungssignal ein Übereinstimmungssignal erzeugt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- net, daß zusätzlich Negativ-Erwartungssignale abgespei­ chert werden, und daß, falls eine Amplitudenverlauf- Übereinstimmung mit dem Bewegungssignal ermittelt wird, durch das Übereinstimmungssignal kein Alarmsignal er­ zeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Bewegungssignale für tatsächlich aus­ geführte Bewegungen empfangen und als Erwartungssignale abgespeichert werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß das empfangene Bewegungssignal vor dem Vergleich zwischengespeichert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der jeweilige Amplitudenver­ lauf des Erwartungssignals in digitalisierter Form abge­ speichert wird, daß das empfangene Bewegungssignal peri­ odisch digitalisiert wird und daß der Vergleich digital ausgeführt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Amplitudenverlauf des Erwartungssignals in aufeinanderfolgende sinusartige Kurvenzüge zerlegt wird, deren Amplitude und Frequenz digital abgespeichert wer­ den, daß das empfangene Bewegungssignal in aufeinander­ folgende sinusartige Kurvenzüge aufgelöst werden, und daß die Amplituden und Frequenzen von einander in der Aufeinanderfolge entsprechenden Kurvenzügen des jeweili­ gen Erwartungssignals und des Bewegungssignals vergli­ chen werden.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplituden-Hüllkur­ ven von Erwartungssignalen abgespeichert werden und zur Erzeugung eines Übereinstimmungssignals mit der Amplitu­ den-Hüllkurve des Bewegungssignals verglichen werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Hüllkurven digitalisiert und digital ver­ glichen werden.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Bewegungssignal über einen Analog-Digital-Umsetzer empfangen wird und daß zum Einstellen der Auswertungs-Empfindlichkeit die Stufenanzahl des Umsetzers umgeschaltet wird.