DE3313358A1

DE3313358A1 - Schaltungsanordnung fuer ein ueberwachungssystem

Info

Publication number: DE3313358A1
Application number: DE19833313358
Authority: DE
Inventors: Alan David Falkirk Scotland Morrison; Neil Gavin Dunfermline Fife Scotland Paterson
Original assignee: Racal Security Ltd
Current assignee: Carrier Fire and Security UK Ltd
Priority date: 1982-04-21
Filing date: 1983-04-13
Publication date: 1983-12-01
Also published as: US4529972A; IT8309399A0; GB2120491B; IT1198559B; GB2120491A; IT8309399A1; FR2525775B1; FR2525775A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung für ein Überwachungssystem mit Aussendung und Empfang elektromagnetischer Strahlung und sie ist besonders ausgebildet dahingehend, daß die Effekte unerwünschter Interferenzen zwischen den Ausgängen zweier Sender an einen Empfänger vermieden werden. Die Erfindung ist vorzugsweise anwendbar bei Erfassungssystemen gegen Eindringlinge der Bauart, bei der Mikrowellenstrahlung in einen zu überwachenden Bereich odor Bereiche von einer Anzahl von getrennten Mikrowellensendern ausgestrahlt wird und die Wirkung einer solchen Strahlung auf einen Eindringling wird erfaßt durch Verarbeitung der Strahlung, die von einem oder mehreren Mikrowellenempfängern empfangen !3 wird. In einem bestimmten Beispiel eines solchen Erfassungssystems unter Verwendung einer Mehrzahl von Mikrowellenserider/Empf ängereinheiten, hat jede von ihnen eine Antenne, die Mikrowellenstrahlung abstrahlt, etwa in Impulsform in den zu überwachenden Bereich,und jede Einheit empfängt. Strahlung, die von Gegenständen in dem zu. überwachenden Bereich reflektiert wird. Jede Einheit

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vergleicht die ausgesandtx· und reflektierte Strahlung, um so das Vorhandensein eine:; Eindringling.¹; zu erfassen, durch Erfassen der Dopplerverschiebunq, die hinsichtlich der Frequenz der reflektierten Slrahlung durch die Bewegung des Eindr i nglings erzeugt wird. In solchen Systemen ist oh wichtig, daß keine Konfusion hervorgerufen wird zwischen Signalen, hervorgerufen durch die Bewegung eines Eindringlings und Signalen hervorgerufen durch die Wirkung an einer bestimmten Antenne, der Strahlung, die nicht durch Reflektion der Strahlung der zugehörigen Sendeantenne ausgelöst wird, sondern die empfangen wird von der Antenne einer anderen Sender/Empfängereinheit. Strahlung von einer anderen Sender/Empfängereinheit kann entweder direkt empfangen werden oder durch Reflektion, etwa durch Reflektion an irgendeinem stationären Objekt innerhalb des zu überwachenden Bereichs. Solche empfangene Strahlung kann die Erzeugung einer Frequenzdifferenz durch die betreffende Einheit bewirken und in einem solchen Falle ist es wichtig, daß diese Frequenzdifferenz nicht fehlinterpretiert werden sollte als Vorhandensein eines Eindringlings, was zu einem Fehlalarm führen würde.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, bei der solche Fehlalarme verhindert werden und eine Überwachungsanordnung gegen Eindringlinge in entsprechender Weise auszubilden.

Die erfindungsgemäß vorgesehene Lösung dieser Aufgabe ist in Patentanspruch 1 definiert, während die Ansprüche 2 bis 9 zweckmäßige Ausgestaltungen definieren. Anspruch 10 definiert das tiberwachungssystem unter Verwendung von Schaltungsanordnungen gemäß der Erfindung.

Eine elektrische Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung als Teil, einer Mikrowellen-Sender/Empfänger-Einheit in einem Erfassungssystem für Eingdringlinge wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Diagramme erläutert.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm des
Erfassungssystems für Eindringlinge und
10

Fig. 2 ist ein Blockschaltbild der Schaltungsanordnung.

Fig. 1 ist vollständig schematisch und zeigt einen Bereich 5 unter Überwachung durch Eindringlingserfassungseinheiten 6,8,10,12 und 14, mit denen beabsichtigt ist, das Vorhandensein eines Eindringlings innerhalb des Bereiches zu erfassen. Jede Erfassungseinheit 6 bis 14 hat die Form eines Mikrowellensenders/-empfängers, wie im einzelnen noch zu erläutern und umfaßt eine Mikrowellenantenne, die Mikrowellenstrahlung einer bestimmten Frequenz in den Bereich 5 abstrahlt. Die Mikrowellenstrahlung wird reflektiert von irgendeinem Objekt innerhalb des Bereiches, etwa den Wandungen, welche den Bereich begrenzen. Die reflektierte Strahlung wird von der Antenne der Sendereinheit erfaßt und verglichen mit der ausgesandten Strahlung. Unter normalen Bedingungen ist die empfangene Strahlung im wesentlichen identisch mit der ausgesandten Strahlung. Wenn sich jedoch ein Eindringling durch die Mikrowellenstrahlungsstrecke irgendeiner der Einheiten bewegt, wobei er die Strahlung zu der betreffenden Einheit rückreflektiert, verursacht seine Bewegung eine Dopplerverschiebung in
der Frequenz dor empfangenen Strahlung der betreffenden Einheit im Vergleich mit der Frequenz der ausgesandten Strahlung. Diese Dopplerverschiebung der Frequenz kann deshalb ausgewertet werden und zeigt das Vorhandensein

eines Eindring 1 ing a an. Es i:;t jedoch auch möglich, daß die Mikrowellenstrahlung, die von einer Einheit abgestrahlt worden ist, in unerwünschter Weise von der Antenne einer anderen Einheit aufqefanqen wird.

In dieser anderen Einheit wird diese Strahlung gemischt mit der dort empfangenen Strahlung in Folge Reflektion der von der Einheit selbst abgegebenen Strahlung. Solche Mischvorgänge können zu einem Signal führen infolge der Frequenzdifferenz der empfangt.·- nen Strahlung an der betreffenden Einheit im Vergleich mit der ausgesandten Strahlung der betreffenden Einheit. Da ein solches unbeabsichtigtes Mischen und das resultierende Signal stattfinden können, ohne daß ein Eindringling vorhanden ist und obwohl das System richtig installiert worden ist,besteht ein Bedürfnis, dies zu unterdrücken, um so Fehlalarme zu verhüten.

Fig. 2 zeigt das Schaltungsdiagramm einer der Sender/ Empfänger-Einheiten. In diesem Beispiel wird die Mikro-0 wellenstrahlung in Impulsform ausgesandt mit einer vorgegebenen Pulsfolgefrequenz. Eine Mikrowellenquelle ist als Treiber an eine Antenne 22 angeschlossen mit einem Sendeabschnitt 22A und wird gepulst durch einen Modulator 24. Der Modulator 24 emittiert demgemäß Steuersignale auf einer Leitung 26 mit der gewünschten Pulsfolgefrequenz und jeder der Impulse schaltet den Mikrowellensender 20 ein, so daß die Antenne 22 einen Impuls der Mikrowellenstrahlung emittiert, wie bei A angedeutet, der Modulator 24 hat keine feste Ausgangsfrequenz, sondern einen variablen Frequenzausgang, dessen Frequenz gesteuert wird durch ein Steuersignal auf einer Leitung 28. Der Modulator 24 kann beispielsweise die Form eines spannungsgesteuerten Oszillators haben, dessen Frequenz variabel ist um einen Nennwert von beispielsweise¹ 530 kHz herum.

- gr-

Der Empfangsabschnitt 22B der Antenne 22 empfängt eine Mikrowellenstrahlung direkt von dem Senderabschnitt 22A über eine direkte Strecke, die diagrammartig bei B angedeutet ist. Zusätzlich jedoch wird die von dem Senderabschnitt 22A abgegebene Strahlung reflektiert durch irgendeinen Gegenstand innerhalb des Bereichs unter Überwachung und wird zurück zur Antenne reflektiert, wie durch Pfeil C angedeutet. Das resultierende Signal auf Leitung 30 wird deshalb erzeugt durch Mischen der beiden Strahlungskomponenten, angedeutet durch die Pfeile B und C, in einem Mischer 32. Dieses Signal gelangt zu einem Dopplerverstärker 34. Der Dopplerverstärker ist ein Verstärker mit einem Frequenztiefpass. Wenn die über die Strecken B und C empfangene Strahlung die gleiche Frequenz aufweist wie dies natürlich der Fall ist, wenn alle Gegenstände stationär innerhalb des Strahlungsbereichs der von der Einheit emittierten Mikrowellenstrahlung sind, ergibt sich auf Leitung 30 im wesentlichen kein Signal.

Wenn sich jedoch ein Eindringling innerhalb des Strahlungsbereichs der abgestrahlten Strahlung A bewegt, wird die Strahlung, welche der Eindringling reflektiert, wie durch den Pfeil C angedeutet, etwas in der Frequenz verschoben durch den Dopplereffekt und die Mischung im Mischer 32 dieser verschobenen Frequenz mit der Strahlung an der Empfangsantenne, wie sie über die mit Pfeil B angedeutete Strecke empfangen wird, führt zu einem Signal auf Leitung 30 mit einer tieffrequenten Komponente. Diese wird verstärkt durch den Dopplerverstärker 34 und erzeugt einen resultierenden Ausgang auf Leitung 36. Das Signal auf Leitung 36 wird zu einer Erfassungseinheit 38 übertragen, die beispielsweise ein einfacher Spitzendetektorkreis sein kann und und die demgemäß ein Steuersignal auf Leitung 28 erzeugt

in Abhängigkeit von der Größe des Signals auf Leitung 36. Dieses Steuersignal verändert das Spektrum der ausgesandten Mikrowellenstrahlung durch Verändern der Modulationsfrequenz des Modulators 24.

Es sei nun jedoch angenommen, daß der Eindringling immer noch da ist und sich innerhalb des Strahlungsbereichs bewegt» Die Strahlung, die er dann zum Empfängerabschnitt 22B reflektiert, wie durch Pfeil C angedeutet, ändert sich dann nicht nur durch die Verschiebung in der Modulationsfrequenz, verursacht durch die ausgesandte Strahlung, um die Änderung des Steuersignals auf Leitung 28, sondern es ergibt sich auch eine geringfügige Frequenzverschiebung, hervorgerufen durch den Dopplereffekt. Der Mischeffekt im Mischer 32 ist so, daß das Signal auf Leitung. 30 nicht beeinflußt wird durch die Modulationsfrequenzverschiebung, jedoch nur durch die Dopplerverschiebung und der Dopplerverstärker 34 erzeugt deshalb weiterhin ein Ausgangssignal auf Leitung 36. Dies muß nicht unbedingt dasselbe sein, wie der ursprüngliche Wert des Signals auf dieser Leitung, jenachdem, ob sich der Eindringling im wesentlichen in derselben Richtung und mit derselben Geschwindigkeit wie vorher bewegt oder nicht. Wenn eine Änderung in seiner Bewegungsgeschwindigkeit oder Richtung auftritt, dann hat natürlich das Signal auf Leitung 36 eine abweichende Größe und der Detektor 38 verursacht eine entsprechende Verschiebung in der Modulationsfrequenz, die auf die ausgesandte Strahlung einwirkt. Wiederum jedoch würde dies keine Veränderung des Signals auf Leitung 30 bedeuten. Wenn der Eindringling sich im wesentlichen in derselben Richtung und Geschwindigkeit bewegt, bleibt das Signal auf Leitung 30 unverändert und es ergibt sich keine weitere Änderung in der Modulationsfrequenz,.

Das Ergebnis ist deshalb, daß das Vorhandensein eines sich bewegenden Eindringlings innerhalb des Bereichs der ausge-

* Ψ W

sandten Strahlung A zu einem Signal auf Leitung 36 führt, das anhält und dieses Signal wird übertragen zu einer Alarmeinheit 40 über eine Verzögerungseinheit 42, um so anzuzeigen, daß ein Eindringling erfaßt worden ist.

Wie oben angedeutet jedoch ist es auch möglich, daß der Empfangsabschnitt 22B etwas Strahlung von einer anderen Sender/Empfänger-Einheit empfängt, wie durch

TO den Pfeil D angedeutet. Der Mischer 32 mischt demgemäß die Signale B, C und D. Selbst wenn kein Eindringling innerhalb des Bereichs der ausgesandten Strahlung A vorhanden ist, kann trotzdem ein Signal auf Leitung 30 erzeugt werden, weil dieses Signal 5 hervorgerufen wird durch das Mischen der drei Strahlungen B, C und D im Mischer 32 unter der Annahme, daß die Strahlung über Strecke D eine oder mehrere Komponenten aufweist, die dichte Frequenznachbarschaft bezüglich der Frequenz der Strahlung B und C aufweisen.

Wenn das resultierende Signal auf Leitung 30 in die Bandbreite des Verstärkers 34 fällt, wird ein entsprechendes Signal auf Leitung 36 erzeugt, selbst dann, wenn kein Eindringling in dem Bereich der ausgesandten Strahlung ist. Dieses Signal auf Leitung 36 wird durch den Detektor verarbeitet und führt zu einer Änderung des Wertes des Steuersignals auf Leitung 28 und demgemäß zu einer Verschiebung in der Modulationsfrequenz der ausgesandten Strahlung A. Eine entsprechende Änderung der empfangenen Strahlungen B und C erfolgt demgemäß, obwohl natürlich 0 die empfangene Strahlung D nicht beeinflußt wird. Es ergibt sich demgemäß eine Frequenzänderung des Signals auf Leibung 30. Wenn das Signal auf Leitung 30 immer noch in der Bandbreite des Doppler-Verstärkers 34 liegt, hält das Signal auf Leitung 36 an und der Ausgang des Detektors ändert sich, führt zu einer weiteren Verschiebung der Mo-

dulationsfrequenz, womit wiederum die Frequenz der empfangenen Strahlungen B und C beeinflußt, wird, nicht jedoch das empfangene Signal D. Dieser Prozess setzt sich fort, bis die Frequenz des Signals auf Leitung 3 0 sich hinreichend geändert hat, um außer die Bandbreite des Doppler-Verstärkers 34 zu fallen, womit das Signal auf Leitung 36 auf Null gebracht wird (wenn schon vorher der Spitzendetektor 38 die Grenze seines Arbeitsbereichs erreicht hat, kann er rückgesetzt werden). Die Schaltungsanordnung paßt sich demgemäß automatisch einer solchen Situation an. Es hat sich gezeigt, daß für praktische Werte des Bereichs der Mikrowellensendefrequenzen und Modulationsfrequenzen, die in irgendeinem bestimmten System ver- wendet werden, eine Anzahl von Werten der Modulationsfrequenz vorliegen, die dazu führen, daß die Frequenz des Signals auf Leitung 30 außerhalb der Bandbreite des Doppler-Verstärkers 34 fällt und die Einheit justiert die Modulationsfrequenz automatisch auf einen solchen Wert.

Da demgemäß in einem solchen Fall das Signal auf Leitung 36 sehr schnell auf Null gebracht wird, wird auch der Alarmschaltkreis 40 nicht aktiviert und Fehlalarm wird verhindert.

Man erkennt, daß der Balanciereffekt, der oben beschrieben wurde, im wesentlichen augenblicklich eingreift und die Zeitverzögerung des Zextverzögerungskrexses 42 hinreichend kurz bemessen werden kann, um nachteilige Beeinflußung der Erfassung irgendeines Eindringlings zu unterbinden.

Obwohl die Schaltungsanordnung oben unter Bezugnahme auf eine gepulste Mikrowellenradarquelle beschrieben wurde,

ist es nicht unabdingbar, daß dies der Fall ist. Din Schaltungsanordnung kann beispielsweise ein Trägerwellenradarsystem sein und in einem solchen Falle würde das Steuersignal auf Leitung 28 die jeweilige Trägerfrequenz variieren, während im übrigen der Betriebsablauf derselbe wäre.

Der Detektor 38 braucht nicht ein Spitzendetektor zu sein, sondern man kann irgendeinen anderen geeigneten Detektor verwenden. Es kann sich beispielsweise um eine Treppensignalschaltung handeln, die von dem Vorhandensein eines Signals auf Leitung 36 getriggert wird, um einen treppenförmigen Ausgang auf Leitung 28 zu erzeugen, der die Modulationsfrequenz (oder Trägerfrequenz) durch den vorgegebenen Bereich laufen läßt, jedoch zum Stillstand gebracht wird, wenn das Signal auf Leitung 36 auf Null gebracht worden ist.

Dem Doppler-Verstärker 34 kann ein Gatter vorgeschaltet sein, das mit der Modulationsfrequenz durch ein Signal vom Modulator 24 geöffnet wird, um den Schutz gegen Interferenz zu verbessern.

Claims

Ansprüche

10

15

• 1.j Schaltungsanordnung mit einer Sendeeinrichtung (20,22A) mit einer Empfangsanordnung (22B) und einer Komparatorschaltung (32,34) zum Vergleich der Frequenz der ausgesandten Strahlung, wie sie im wesentlichen direkt empfangen wird, mit der Frequenz irgendeiner anderen empfangenen Strahlung unter Erzeugung eines Äusgangssignals in Abhängigkeit von einer gegebenenfalls vorhandenen Differenz zwischen den Frequenzen der verglichenen Strahlungen, gekennzeichnet durch einen Steuerschaltkreis (38), der in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal das Spektrum der ausgesandten Strahlung derart ändert, daß die Frequenzdifferenz anhält, falls eine der verglichenen Frequenzen die Frequenz von Strahlung ist, die über Reflektion der ausgesandten Strahlung durch ein sich bewegendes Objekt ist, jedoch anderenfalls auf Null gebracht wird.

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2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch

gekennzeichnet, daß das Ausganysignal auf Null geregelt wird, wenn keine der verglichenen Frequenzen die Frequenz von Strahlung ist, erzeugt durch Reflektion der ausgesandten Strahlung durch ein sich bewegendes Objekt und mindestens eine der verglichenen Frequenzen

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die Frequenz von Strahlung ist, die von irgendeiner anderen Quelle ausgesandt worden ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Komparatorschaltung einen Dopplerverstärker (34) umfaßt.
4. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeeinrichtung (20) eine Mikrowellenradarquelle ist.
5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeanordnung eine gepulste Radarquelle ist.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet ,daß das Ausgangssignal das Spektrum der ausgesandten Strahlung durch Verändern der Modulationsfrequenz ändert.
7. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Radarquelle eine Trägerwellenradarquelle ist.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal das Spektrum der Frequenz der ausgesandten Strahlung durch Verändern seiner Trägerfrequenz vorschiebt.
9. Anordnung nach einem der vorangehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerschaltung einen Sp itzendotoktor (38) für das Erfassen des Spilzenwertes dos Ausgangssignals umfaßt.

3'->
10. Alarmanlage zum Schutz vor Eindringlingen

mit einer Mehrzahl von Mikrowellenstrahlungs-Sender/ Minpfängereinheiten (6 bis 14), von denen jede eine

Mikrowellenserideanordnung (20,22A) zur Emission von Mikrowellenstrahlunq in einen zu überwachenden Bereich (5) aufweist sowie eine Mikrowellenempfangsanordnung (22B) zum Empfang der ausgesandten Mikrowellenstrahlung durch Reflektion von irgendeinem Gegenstand innerhalb des zu überwachenden Bereiches und zum Mischen dieser empfangenen Strahlung mit der ausgesandten Strahlung und mit irgendeiner Strahlung, empfangen von irgendeiner anderen der Einheiten, wobei ein Ausgangssignal erzeugt wird, wenn irgendeine Prequenzdifferenz zwischen den gemischten Strahlungen innerhalb eines vorgegebenen Frequenzbereichs liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnungen der Sende- und Empfangsanordnungen gemäß einem der Patentansprüche 1 bis 9 ausgebildet sind und die Steuerschaltung (38), die auf das Ausgangssignal anspricht, falls ein solches vorliegt, das Spektrum der ausgesandten Mikrowellenstrahlung derart ändert, daß das Ausgangssignal anhält, wenn das Objekt ein sich bewegender Eindringlich ist, jedoch auf Null geregelt wird, wenn das Objekt stationär ist und daß eine Alarmeinrichtung (40) vorgesehen ist zum Erzeugen eines Alarmsignals, falls das Ausgangssignal anhält.
11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangsanordnung einen Dopplerverstärker (34) mit einer Bandbreite umfaßt, entsprechend den zu erfassenden Bewegungen eines Eindringlings.