DE3786553T2

DE3786553T2 - System und verfahren zur ortung einer person oder eines anderen koerpers.

Info

Publication number: DE3786553T2
Application number: DE87310154T
Authority: DE
Inventors: Susumu Sakuma
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-09-08
Filing date: 1987-11-18
Publication date: 1993-11-04
Anticipated expiration: 2007-11-19
Also published as: DE3750697T2; EP0404280B1; US4954836A; DE3786553D1; ATE113426T1; EP0404280A1; DE3750697D1; EP0306577A3; ES2042581T3; EP0306577A2; EP0306577B1; CA1314087C

Description

Diese Erfindung betrifft ein System und ein Verfahren zum Bestimmen der Position einer Person oder eines anderen Körpers entsprechend des Oberbegriffs von Anspruch 1 bzw. 5. Die Erfindung betrifft ferner einen tragbaren Radiosignalsender.
Unter konventionell verwendeten Instrumenten oder Geräten zum Schutz gegen Notfälle oder Bedrohungen ist eine tragbare Alarm- oder eine Verbrechungsverhinderungs-Sirene beinhaltet, welche zu jeder Zeit getragen wird und betrieben wird, um eine Warnung durch eine Sirene ertönen zu lassen, sollte ein Notfall auftreten. Der Warnsirenenton kann von den Nachbarn gehört werden, die dann sofort die Polizei oder andere geeignete Behörden für eine rasche Untersuchung und Rettung informieren sollten. Es ist jedoch unwahrscheinlich, daß irgendjemand die Sirene in einer dünn besiedelten Gegend oder um Mitternacht hören würde. Darüber hinaus könnte ein Angreifer, der den Sirenenton hört, in Panik geraten und den Verwender des Alarms angreifen.
Entführung oder Kidnapping sind nahezu überall in der Welt im Ansteigen. Gewöhnlich wird die Entführung erst entdeckt, wenn z.B. eine Familie der Geisel einen Lösegeldanruf vom Entführer empfängt. Die Familie der Geisel informiert dann die Polizei oder die untersuchenden Behörden, um um eine Suche zu bitten. Die Polizei kann den Telefonanruf von dem Entführer evtl. verfolgen, um einem Beispiel in diesem Fall zu folgen. Die Familie der Geisel neigt jedoch häufig dazu, den Fall geheimzuhalten, um die Rückkehr der Geisel sicherzustellen, wobei in diesem Fall die Polizei vom Fall abgehalten wird und die Suche nicht durchführen kann. Dies führt dazu, daß keine rasche Untersuchung und Rettung möglich ist.
GB-2 045 988 offenbart ein Notfallsystem für Fahrzeuge, welches einen Signalsender in dem Fahrzeug umfaßt, der automatisch durch einen Sensor in dem Fahrzeug aktiviert wird, welcher detektiert, wenn das Fahrzeug in einen Unfall verwickelt ist. Das Signal, das durch den Sender ausgesendet wird, wird durch einen Detektor von einer oder mehreren Empfangsstationen empfangen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein System zum Suchen einer Quelle von Radiosignalen bereitzustellen, welche durch eine Person ausgesendet werden, um in einem Notfall für eine rasche Untersuchung und Rettung geschützt zu werden.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, das System allgemein zur Bestimmung des Ortes von sich bewegenden Körpern anzuwenden, was zur Arbeitskontrolle verwendet werden kann.
Entsprechend der Erfindung ist ein System zum Bestimmen der Position einer Person oder eines anderen Körpers bereitgestellt, welches die Merkmale von Anspruch 1 besitzt. Entsprechend der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Bestimmung der Position einer Person oder eines anderen Körpers bereitgestellt, welches die Merkmale von Anspruch 5 besitzt.
Weitere Merkmale der Erfindung sind in den Ansprüchen 2, 3 und 4 definiert.
Das System und das Verfahren sind insbesondere in Notfällen nützlich, z.B., wenn die Person, die den Detektor trägt, angegriffen wird.
Das System und das Verfahren können ferner dazu verwendet werden, sich bewegende Körper zu verfolgen.
Nun wird Bezug auf die beiliegenden Abbildungen genommen, in welchen:
Fig. 1, 1A, 1B und 1C die Prinzipien veranschaulichen, die in der Triangularvermessung beinhaltet sind, welche verwendet wird, die Position einer Funktionsquelle entsprechend der Erfindung zu bestimmen; und
Fig. 2 eine Landkarte ist, welche die Spur einer Signalquelle und eine Position einer Richtantenne während eines Testbeispieles zeigt.
Der Personenschutz gegen Notfälle entsprechend eines Aspekts der vorliegenden Erfindung verwendet einen Sender, der daran angepaßt ist, ein Funksignal zu erzeugen. Jede Person, die durch das vorliegende System geschützt werden soll, muß immer den Sender tragen und den Sender per Hand einschalten, sollte ein Notfall auftreten, wobei ein Notfallsignal einer vorbestimmten Frequenz erzeugt wird. Bevor das System arbeitsbereit gemacht wird, sollte die Frequenz des Notfallsignals vorzugsweise durch die Radioordnungskommission oder andere betroffene Behörden zugeteilt und vorbestimmt werden, um Störungen durch andere Sender oder Interferenzen zu vermeiden. Das Notfallsignal muß eine Ausgangsgröße besitzen, die ausreichend groß ist, um durch Antennen, die später beschrieben werden, empfangen zu werden.
Dieses System umfaßt ferner auf dem Boden ein Beobachtungssubsystem, ein Verfolgungssubsystem und ein Computersubsystem.
Das Beobachtungssubsystem beinhaltet eine Vielzahl von Nichtrichtantennen, die im wesentlichen in gleicher Weise über einen zu schützenden Flächenbereich verteilt montiert sind, welches jederzeit arbeitet, um ein ausgesendetes Notfallsignal zu beobachten. Das Notfallsignal, welches durch den Bediener in einem Notfall erzeugt wird, wird durch wenigstens eine der Nichtrichtantennen detektiert, welche relativ nahe an der Signalquelle angeordnet sind. Das Überwachungssubsystem kann bevorzugt ein Netz eines Sicherheitssystems verwenden, welches bereits in Betrieb ist.
Das Verfolgungssubsystem beinhaltet mehrere Richtabtaster oder -antennen, welche verstreut in dem zu schützenden Flächenbereich montiert sind. Dieses Subsystem wird abhängig von der Detektion des Notfallsignals durch die Antenne oder die Antennen des Beobachtungssubsystems betrieben, um zwei oder mehrere der Richtantennen zu drehen und um zwei Richtungen zu detektieren, in welchen die Feldstärkemeßgeräte, welche an den entsprechenden Antennen befestigt sind, die maximalen Feldstärkewerte zeigen. Mit den Daten, welche die wirklichen Lagen der jeweiligen Antennen betreffen und den zwei Richtungen, die die maximale Feldstärke zeigen, wird die Signalquelle, z.B. durch das Verwenden der Triangularvermessung, bestimmt, wobei diese anzeigt, wo der Bediener durch den Entführer eingesperrt ist.
Das Computersubsystem arbeitet, um die Information des Beobachtungs- und Verfolgungssubsystems zu integrieren, und um deren Arbeitsweise zu unterstützen. Bevorzugt veranschaulicht ein Computerbildschirm eine Karte in dem zu schützenden Flächenbereich in einem Maßstab, welcher in dem Grad vergrößert ist, wie die Verfolgung in den Beobachtungs- und Verfolgungssubsystemen voranschreitet. Die Detektion der zwei Richtungen, welche die maximale Feldstärke in dem Verfolgungssubsystem zeigen, kann ferner durch die Hilfe des Computers bewirkt werden.
Der Notfallsignalsender kann bevorzugt mit einer zusätzlichen Funktion ausgerüstet sein, um zur gleichen Zeit einen Personenidentifikationscode mittels z.B. Pulscodemodulation zu erzeugen. Das wird es vereinfachen, die Person, welche in Not ist, sowohl zu identifizieren, als auch den Ort zu bestimmen, wo er oder sie ist.
Wie zuvor erwähnt wurde, wird entsprechend der Erfindung die Triangularvermessung dazu verwendet, die Quelle des Notfallsignals zu bestimmen. Dieses wird nun ausführlicher erklärt.
Wie in Fig. 1 zu sehen ist, schneiden sich zwei Halblinien La und Lb, welche sich von festen Punkten A bzw. B ausdehnen, am Punkt C, und Winkel zwischen einem Abschnitt einer Linie AB und den Linien La und Lb sind als α bzw. β definiert. In diesem Fall ist nur das Dreieck ABC gegeben, wobei auf diese Weise speziell der Ort des Schnittpunktes C bestimmt wird.
Angenommen, die Abtaster oder Antennen in dem Verfolgungssubsystem sind an den Punkten A bzw. B montiert, welche die maximale Feldstärke in den Richtungen La bzw. Lb zeigen, dann kann eine Quelle des Notfallsignals einfach als an Punkt C liegend spezifiziert werden.
Nun wird auf die Fig. 1A, 1B und 1C Bezug genommen, und Punkt A ist ein Ursprung (0, 0) und Punkt B, der auf die X-Achse gesetzt ist, besitzt die Koordinaten (b, 0). Weiter ist gegeben, daß sich Seiten AB und AC unter einem Winkel α und Seiten BA und BC unter einem Winkel β schneiden, und daß ein Punkt C auf die Koordinaten (x, y) gesetzt ist, dann können die folgenden zwei Gleichungen erhalten werden:
y = xtanα --- (1)
y = (b- x)tanβ --- (2)
Gleichungen (1) und (2) führen zu:
xtanα = (b- x)tanβ
x(tanα + tanβ) = btanβ
x = btanβ/tanα + tanβ ---(3)
"x" in Gleichung (1) wird durch Gleichung (3) ersetzt, was ergibt:
y = btanα . tanβ/tanα + tanβ --- (4)
Auf diese Weise können die Koordinaten (x, y) des Punktes C durch die Gleichung (3) und (4) spezifiziert werden.
In der obigen Berechnung wird angenommen, daß der Punkt C wie in Fig. 1A, wo 0º < α < 90º und 0º < β < 90º, gelegen ist, jedoch werden die gleichen Beziehungen in den Fällen von Fig. 1B, wo 90º < α < 180º und 0º < β < 90º und Fig. 1C, wo 0º < α < 90º und 90º < β < 180º, ist, angewendet. Das gleiche wird ferner in dem Fall angewendet, wo der Punkt unter der X-Achse gelegen ist.
In manchen Spezialfällen können die Koordinaten des Punkts C wie folgt bestimmt werden:
Wo α = 90º und 0º < β < 90º, x = 0, y = btanβ;
Wo 0 < α < 90º und β = 90º, x = b, y = btanα.
In einigen Ausnahmefällen können die Koordinaten des Punkts C nicht spezifisch bestimmt werden, aber dessen Lage kann aus den folgenden Annahmen gefolgert werden:
Wo α = 0º und β = 0º,
ist C auf der X-Achse zwischen A und B gelegen;
Wo α = 0º und β = 180º,
ist C auf der X-Achse und rechts von B gelegen;
Wo α = 180º und β = 0º,
ist C auf der X-Achse und links von B gelegen.
Der tragbare Sender, der in dem vorliegenden System verwendet wird, kann aus irgendeinem konventionellen Typ bestehen, der ein Funksignal einer vorbestimmten Frequenz erzeugt. Es ist jedoch wünschenswert, daß ein versehentlicher Betrieb des Senders vermieden wird. Das Signal sollte nur in einem Notfall gesendet werden. In konventionellen Sendern existiert keine Einrichtung, den versehentlichen Betrieb zu verhindern, was zur Folge haben kann, daß das Signal zufällig erzeugt wird, und was Verwirrung verursachen kann. Ein Sender zum Einsatz in der vorliegenden Erfindung ist der in der Anmeldungsschrift EP 0 404 280 offenbarte.
In der vorangegangenen Beschreibung wird das System in der Praxis verwendet, wenn eine Person, welche den Funksignalsender trägt, den Sender per Hand bedient, um ein Notfallsignal zu erzeugen, wenn er irgendeinem Notfall oder einem zufälligen Ereignis gegenübersteht, insbesondere wenn er entführt wird. Die Nichtrichtantennen des Beobachtungssubsystems werden ständig ohne eine Unterbrechung auf ein Notfallsignal warten, und die Richtantennen des Verfolgungssubsystems werden bereitstehen, um so ihren Betrieb zu jeder Zeit abhängig von der Detektion eines Notfallsignals durch eine oder mehrere der Nichtrichtantennen zu starten.
Dieses Gesamtsystem ist jedoch in einem weiteren Bereich zur Bestimmung der Position oder eines sich bewegenden Körpers einsetzbar. Zum Beispiel beschäftigt eine Versicherungsgesellschaft viele Vertreter, die über einen spezifischen Flächenbereich verstreut sind und dabei nahezu ihre gesamte Arbeitszeit außerhalb der Gesellschaft verbringen.
Um die Arbeitskraft effektiv zu kontrollieren, ist es wünschenswert, ständig zu beobachten, wo die Arbeitnehmer sind oder wie sie sich bewegen. Dies ist durch die Verwendung des Netzes des Systems entsprechend dieser Erfindung möglich. Jeder Vertreter trägt den tragbaren Funksignalsender mit sich herum, dessen Schalter in der AN-Position befestigt ist, oder welcher mit keiner Umschaltbedienbaugruppe ausgerüstet ist, um ständig das Signal der vorbestimmten Frequenz zu erzeugen, welches seinerseits von der Nichtrichtantenne oder den Nichtrichtantennen und durch die Richtantennen empfangen wird. Die Identifikation jedes Vertreters kann durch Frequenzmodulation geschehen.

Testbeispiel

Ein Funkkontrollsender für das funkgesteuerte Modell Airplain (Futaba Denshi Kogyo, FP-8AP mit einer Signalfrequenz von 40 MHz) wurde als ein tragbarer Funksignalsender verwendet. Mit Bezug auf Fig. 2 startete eine Person, wobei diese den Sender mit dem Schalter in EIN- Schaltstellung gehalten trägt, vom Dach eines vierstökkigen Gebäudes Nr. 14. Sie ging langsam im Uhrzeigersinn den Kurs entlang, der durch eine fortlaufend fettgedruckte Linie gezeigt ist, und kehrte dann zum Gebäude Nr. 14 zurück. Auf dem Weg stoppte er an den Positionen, welche durch einen Kreis markiert sind, für 5 bis 10 Minuten.
Eine 4-Element-Richt-Yagi-Antenne (Maspro Denko, 50T4 für 52 MHz) war auf dem Dach des Gebäudes Nr. 14 in einer Höhe von 4 m angebracht und drehte sich durch einen Rotor (KENPRO, KR-5600A). Ein Feldstärkemeßgerät (Leader Denshi LFC-945) war mit der Antenne über ein Koaxialkabel (75X) gekoppelt, um mit dem Auge die Richtung zu messen, in welcher das Meßgerät einen maximalen Feldstärkewert zeigte.
Der Zweck dieses Tests war es, die Position des Senders und die Richtung miteinander zu vergleichen, welche die maximale Feldstärke zeigte, wobei beide sich mit der Zeit änderten. Als ein Ergebnis wurde bestärkt, daß der Sender im wesentlichen in der Richtung der Antenne positioniert wurde, welche die maximale Feldstärke zeigte. Dies zeigt, daß die Funksignalquelle entsprechend der Triangularvermessung verfolgt werden kann.
Es sollte zur Kenntnis genommen werden, daß die Instrumente einschließlich des Senders und der Antennen, die in diesem Test verwendet wurden, nicht dem High-Fidelty-Standard entsprechen. Die Augenmessung der Richtung, die die maximale Feldstärke zeigt, würde einen gewissen Fehlergrad verursachen. Nichts desto weniger wurden in diesem Test im wesentlichen zufriedenstellende Ergebnisse erhalten. Falls High-Fidelity-Sender- und -Empfänger verwendet werden und die maximale Feldstärke automatisch mit der Hilfe eines Computers detektiert wird, werden noch zuverlässigere Ergebnisse erhalten, was zu einer genaueren und definierteren Bestimmung der Funksignalquelle führt. Auf diese Weise kann eine rasche Rettung oder Suche eingerichtet werden.

Claims

1. System zum Bestimmen der Position einer Person oder eines anderen Körpers, mit einem durch die Person oder den anderen Körper getragenen Sender zum Erzeugen eines Funksignals mit einer vorbestimmten Frequenz; einer Vielzahl von Richtantennen, die betrieben und rotiert werden und in einem zu schützenden Flächenbereich verstreut und mit Feldstärkemeßgeräten ausgestattet sind, so daß die Richtung, in welcher die Feldstärkemeßgeräte von jeder der betriebenen Richtantennen die maximale Feldstärke zeigt, detektiert wird; und einer Steuerzentrale, welche zum exakten Bestimmen der Position der Funksignalquelle dient, entsprechend einer Triangularvermessung, die auf der Position der betriebenen Richtantennen und den detektierten Richtungen basiert; dadurch gekennzeichnet, daß

das System ferner eine Vielzahl von Nicht-Richtantennen umfaßt, die im wesentlichen in gleicher Weise innerhalb des zu schützenden Flächenbereichs verstreut sind, so daß eine oder mehrere der Nicht- Richtantennen das Funksignal empfangen kann, wenn es von irgendwo in dem zu schützenden Flächenbereich ausgesendet wird, wodurch die Position der Quelle des Funksignals grob bestimmt wird;

und schließlich zwei der Richtantennen nahe der/den Nicht-Richtantenne(n), die das Funksignal empfängt bzw. empfangen, angeordnet sind, und abhängig von der (den) Nicht-Richtantenne(n), die das Funksignal empfängt bzw. empfangen, betrieben sind, um rotierend zwei Richtungen zu detektieren, in welchen die Richtantennen jeweils die maximale Feldstärke detektieren; wobei das Steuerungszentrum die exakte Position der Funksignalquelle entsprechend der Triangularvermessung bestimmt, welche auf der Position der zwei betriebenen Richtantennen und den beiden Richtungen, in welchen die zwei Richtantennen die maximale Feldstärke detektierten, basiert.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerungszentrum einen Computer beinhaltet, und daß die Richtungen, die die maximale Feldstärke zeigen, durch die Verwendung des Computers detektiert werden.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Computer daran angepaßt ist, Informationen zu empfangen, die die Funksignalquelle von den Nicht- Richtantennen und den Richtantennen betreffen, und um eine Peripheriekarte auf einem damit verbundenen Bildschirm zu zeichnen.

4. System nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Funksignal-Sender daran angepaßt ist, ein Funksignal zu erzeugen, welches ein Personenidentifikationssignal beinhaltet.

5. Verfahren zur Bestimmung der Position einer Person oder eines anderen Körpers, umfassend das Aussenden eines Funksignals einer vorbestimmten Frequenz von einem Sender, welcher von der Person oder dem anderen Körper getragen wird; Betreiben und Rotieren von zwei oder mehreren einer Vielzahl von Richtantennen, die in einem zu schützenden Flächenbereich verstreut sind, wobei die Richtantennen mit Feldstärkemeßgeräten versehen sind; Detektieren der Richtung, in welcher die Feldstärkemeßgeräte von jeder der betriebenen Richtantennen die maximale Feldstärke zeigen; und exaktes Bestimmen der Position der Funksignalquelle und auf diese Weise der exakten Position des Körpers, entsprechend einer Triangularvermessung, welche auf der Position der betriebenen Richtantennen und der detektierten Richtungen basiert;

gekennzeichnet durch das Empfangen des Funksignals, wenn es von irgendwo in dem zu schützenden Flächenbereich ausgesendet wird, durch wenigstens eine aus einer Vielzahl von Nicht-Richtantennen, die im wesentlichen in gleicher Weise innerhalb des zu schützenden Flächenbereichs verstreut sind, wodürch die Position der Quelle der Funksignale grob bestimmt wird; Anordnen von wenigstens zwei Richtantennen in der Nähe der Nicht-Richtantenne(n), welche das Funksignal empfängt bzw. empfangen, wobei wenigstens zwei Richtantennen abhängig von der bzw. den Nicht-Richtantenne(n) betrieben werden, die das Funksignal empfängt bzw. empfangen, um rotierend zwei Richtungen zu detektieren, in welchen die Richtantennen die maximale Feldstärke jeweils detektieren; und Bestimmen in dem Steuerungszentrum der exakten Position der Funksignalquelle entsprechend der Triangularvermessung, welche auf der Position der zwei betriebenen Richtantennen und den zwei Richtungen, in welchen die zwei Richtantennen die maximale Feldstärke detektierten, basiert.