DE4100827C2

DE4100827C2 - Überwachungs-Einrichtung

Info

Publication number: DE4100827C2
Application number: DE19914100827
Authority: DE
Inventors: Frank-Lutz Dittmann
Original assignee: Diehl Stiftung and Co KG
Current assignee: Diehl Stiftung and Co KG
Priority date: 1991-01-14
Filing date: 1991-01-14
Publication date: 1999-02-11
Anticipated expiration: 2011-01-15
Also published as: FR2671639B1; FR2671639A1; GB9200309D0; GB2251712B; GB2251712A; DE4100827A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Überwachung eines Objektes oder eines Geländes mittels Sensorstrecken.

Aus der EP 0081860 A2 ist eine Einrichtung zur Sicherung eines Geländes gegen einen (militärischen) Eindringling bekannt. Dafür sind im zu überwachenden Gelände Sensoren aus gelegt, die auf Geländeschwingungen - und nur auf diese - ansprechen, welche typischerweise von potentiellen und zu bekämpfenden Eindringlingen hervorgerufen werden. Die Sensoren sind über Leitungen an eine Datensammel- und -auswertestation angeschlossen, die aber auch mit einem der Sensoren eine Baueinheit bilden kann.

In dem Aufsatz "Telemetric Seismic Data-Acquisition System" von V. Adam et. al. in IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Volume IM-34, No 1, March 1985, pp 81 bis 84, wird eine zentrale Station zur Aufnahme und Echtzeit-Verarbeitung von Daten be schrieben, die von räumlich abgesetzten Telemetrie- oder Sensorstationen gewonnen und im Zeitmultiplexverfahren über Funk abgerufen werden, wobei es sich wieder um seismische Sen soren handelt. Die so einer Vorauswertung unterworfenen Daten können dann rechnergesteu ert über Telefonleitungen an eine Zentrale übermittelt werden, in der eine Dokumentation für eine spätere Datenanalyse erfolgt.

Solche rein passiv arbeitenden und ohne militärische Wirkkomponente ausgestatteten Sensoren sind auch militärisch interessant, weil sie schon vor Eintritt sich abzeichnender Spannungszei ten in später zu überwachende Gelände gefährdungsfrei ausgelegt und bei Eintritt des Ernstfal les in Aktion gesetzt werden können, ohne durch Ortung ihrer Verlegepositionen gefährdet zu sein. Das ist dagegen nicht der Fall bei einem etwa aus der DE 36 25 334 C2 bekannten Waffen system, welches sich aus Einzelminen mit Kommunikationseinrichtungen zum Austausch ihrer Sensorinformationen zusammensetzt, bei welchen es sich um Vermessungsdaten über die To pologie des Minenfeldes und um Zieldaten handelt. Derartige sogenannte intelligente Minen weisen im dort beschriebenen Konfigurationsfall jeweils einen Lasersender und einen La serempfänger mit Scanner auf, sowie einen Retromodulator mit IFF-Empfänger; wobei die Sensorik zur Zielerkennung, zur Waffenausrichtung und zum Auslösen der Mine noch einen Laserentfernungsmesser enthält, der mit dem erwähnten Lasersender und seinem Laserempfän ger arbeitet.

Der Erfindung liegt nämlich demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Überwachungseinrich tung für Gelände und Objekte zu schaffen, die weiträumig und dennoch kostengünstig reali sierbar ist und eine große Redundanz eröffnet, indem das Zusammenwirken der Sensoren so wohl beim Auslegen sowie später im Betrieb noch speziell konfigurierbar ist.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 genannte Merkmalskombi nation gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen dieser erfindungsgemäßen Einrichtung zur Gelän deüberwachung und zur Aktivierung eines Aufklärungssystems, das sowohl in Verbindung mit Waffensystemen anwendbar ist, wie auch zum zivilen Objektschutz oder etwa im Untertage - oder Übertagebergbau in Zusammenhang mit Sprengarbeiten, ist in den Unteransprüchen ge kennzeichnet.

Die erfindungsgemäße Einrichtung erbringt die Vorteile einer einfachen und vergleichsweise preisgünstigen Realisierungsmöglichkeit für kostengünstige weiträumige Geländeüberwachun gen mit beliebig beeinflußbarer Redundanz, wobei diese Einrichtung ein vom Benutzer wunschgemäß konfigurierbares System darstellt.

Nachfolgend wird die erfindungsgemäße Einrichtung in Verbindung mit einer wehrtechnischen Anwendung unter Bezugnahme auf Fig. 2 der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein als solches bekanntes Prinzip zur Geländeüberwachung und zur Aktivierung eines Aufklärungssystemes mittels ausgelegter, insbesondere seismisch ansprechender Sensoren und

Fig. 2 eine entsprechende Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäß kombinierten Ein richtung mit untereinander vernetzten Sensoren unterschiedlicher Sende-/Empfangsmodule.

Fig. 1 zeigt das an sich bekannte Prinzip der Überwachung eines Geländes und zur Aktivierung eines Aufklärungssystemes bei Feststellen einer Bewegung eines Fahrzeuges im durch die Ein richtung 10 überwachten Gelände. Die Einrichtung 10 weist dafür einen Sende- /Empfangsmodul 12 mit genormten Schnittstellen 14 auf. An eine der Schnittstellen 14 ist eine Sensorstrecke 16 angeschlossen. Die Sensorstrecke 16 weist einen Sensormodul 18 auf, bei dem es sich beispielsweise um einen Akustiksensormodul und/oder um einen Seismiksensormodul und/oder ein Lichtwellenleitermodul handeln kann. Ein Koppelmodul 20 dient zum Abschluß der Sensorstrecke 16 an ihrem vom Sende/Empfangsmodul 12 entfernten Endabschnitt 22. Das Koppelmodul 20 ist mit Schnittstellen 24 ausgebildet.

Die Sensorstrecke 16 weist eine Leitung 26 mit Anschluß bzw. Verbindunsgorganen 28 auf, wobei die Leitung 26 vorzugsweise sowohl eine Alarmleitung als auch eine Überwachungsleitung besitzt.

In Fig. 1 ist ein sog. Einfachsystem verdeutlicht, bei dem eine Sensorstrecke 16 in einer Linie angeordnet ist. Demgegenüber ist in Fig. 2 ein System mit vernetzten Einrichtungen 10 zur Geländeüberwachung und Aktivierung eines Aufklärungssystemes verdeutlicht. In Fig. 2 sind zwei Sende/Empfangsmodulen 12 dargestellt, wobei vom einen Sende/Empfangsmodul 12 zwei Sensorstrecken 16 ausgehen, während vom anderen, in Fig. 2 rechts gezeichneten Sende/Empfangsmodul 12 drei Sensorstrecken 16 ausgehen. Jede der Sensorstrecken 16 weist eine Anzahl Sensormodule 18 auf und jede Sensorstrecke 16 ist an ihrem vom zugehörigen Sende/Empfangsmodul 12 entfernten Endabschnitt 22 durch ein Koppelmodul 20 abgeschlossen. Durch die Koppelmodule 20 werden Gelände-Überwachungseinheiten 30, 32 festgelegt, deren Grenzen durch dünne strichlierte Linien 34, 36 angedeutet sind.

Nachfolgend wird die Funktionsweise einer Einrichtung 10 zur Überwachung eines Geländes und zur Aktivierung eines Aufklärungssystems bei Feststellung einer Bewegung eines Fahrzeugs im überwachten Gelände beschrieben, wobei bei einer Anwendung der Einrichtung auf dem Wehrtechnikgebiet sog. Vorfeld-Aufklärungskomponenten sowie ein sog. Frühweck/Warnsystem von Bedeutung sind. Vorfeld- Aufklärungskomponenten sind Sensorkomponenten, die es gestatten, schon im Vorfeld des zukünftigen Bekämpfungsraumes eine grobe Auskunft über feindliche Angriffsbewegungen zu geben. Die damit verbundene Aufgabenstellung umfaßt die Detektion von Angriffsbewegungen zu bekämpfender Fahrzeuge sowie die Bestimmung der Position, der Geschwindigkeit, der Richtung, der Art und der Anzahl der zu bekämpfenden feindlichen Fahrzeuge. Die sich hierbei ergebenden Informationen ermöglichen bzw. unterstützten beispielweise die Feuerkommandos für Rohr- oder Raketenattellerie, welche mit streuender oder zielsuchender Munition ausgerüstet sein kann, sowie die Feuerkommandos von Minenfeldern, die beispielsweise durch Raketen verlegt worden sind. Mit Hilfe der erwähnten Informationen ist beispielsweise auch die Lenkung teilautonomer Kampfdrohnen möglich, was durch Vorgabe der Richtung und der Entfernung zum Zielgebiet realisierbar ist.

Die Sensorkomponenten besitzen in vorteilhafter Weise selbst kein Wirkteil, so daß - im Gegensatz zu üblichen Minenfeldern - eine frühzeitige Verlegung der Komponenten in Spannungszeiten möglich ist, ohne eigene Truppen zu gefährden oder zu hemmen. Durch die frühzeitige Verbringung der Sensorkomponenten ist es in vorteilhafter Weise möglich, weniger komplex aufgebaute Sensoren zu verlegen, was insbesondere fahrzeuggestützt durchführbar ist.

Ein erheblicher Vorteil wird auch darin gesehen, daß der technische Aufwand für die Kommunikation und für die Positionsbestimmung einzelner Sensorkomponenten beträchtlich reduziert ist, was sich entsprechend auf die Systemkosten vorteilhaft auswirkt.

Wegen der relativ geringen Ortbarkeit der im Gelände ausgelegten Sensorstrecken, d. h. Leitungen ist es möglich, die Kommunikation zwischen den einzelnen Sensorelementen bzw. Sensormodulen zumindest dort, wo Gelände unbedingt gehalten werden muß, häufig über diese Leitungen durchzuführen. Funkverbindungen sind demgegenüber nur dort sinnvoll, wo entweder erwartet wird, daß sich die Gefechtsfeldlage zeitlich schnell ändert bzw. Funkverbindungen werden als redundante Kommunikationsmöglichkeit angewandt, wenn die entsprechenden Leitungsverbindungen beschädigt oder unterbrochen sind.

Bei dem oben erwähnten Frühweck/Warnsystem handelt es sich um ein System, welches aus einer kostengünstigen Verlustsensorik, d. h. entsprechenden Sensormodulen und einem kostengünstigen Sende/Empfangsmodul geringer Sendeleistung bestehen kann. Dieses System wird lageabhängig verbracht und überwacht entsprechende Geländeabschnitte variabler Größe. Bewegen sich beispielsweise Panzerverbände in den überwachten Abschnitten, so wird deren Position vom Sende/Empfangsmodul an eine davon räumlich entfernte Zentrale gemeldet. Das kann beispielweise über ein Relaismodul erfolgen. Aufgrund der an die Zentrale gelieferten Lageinformation können die entsprechenden Geländeabschnitte beispielsweise durch Minenfelder gesperrt werden. Gleichzeitig ist auch eine direkte Bekämpfung der gemeldeten Panzerverbände durch luftbewegliche Systeme möglich. In Verbindung mit den zuletzt erwähnten luftbeweglichen Systemen ist eine Kopplung des Frühweck/Warnsystems mit einer Sensorstation bzw. mit der erwähnten Zentrale sinnvoll. Die Sensorstation ist insbesondere dazu vorgesehen, nach Aktivierung durch das Frühweck/Warnsystem eine detailliertere Feindaufklärung für den optimalen Einsatz der luftbeweglichen Systeme durchzuführen.

Die einzelnen Sensormodule können durch Leitungen gleicher Länge und somit äquidistanten Anschlußstellen verknüpft sein.

Anfangs- und Endposition einer Sensorstrecke können im Bedarfsfall durch eine geeignete Einrichtung vermessen und dem zugehörigen Sende/Empfangsmodul mitgeteilt werden. Im Sende/Empfangsmodul wird bei der Systeminitialisierung die Position der einzelnen Sensormodule berechnet und mit der Adresse des entsprechenden Sensormoduls zusammen abgespeichert. Die Positionen der einzelnen Sensormodule, Koppelmodule und Sende/Empfangsmodule werden an die Zentrale gemeldet und können automatisch in eine digitale Geländekarte eingetragen werden.

Durch geeignete Kombination der einzelnen Module des Frühweck/Warnsystems können im Gelände Überwachungsbreiten von mehreren Kilometern realisiert werden.

Wie erwähnt worden ist, weist das/jedes Sende/Empfangsmodul vorzugsweise vier Schnittstellen auf, so daß es möglich ist, mit dem/jeden Sende/Empfangsmodul eine Anzahl von Sensormodulen und vier Koppelmodule zu kombinieren, wobei die Gesamtheit aller dieser Module eine Gelände/Überwachungseinheit bilden. Das bedeutet, daß sich vier Überwachungseinheiten über ein Koppelmodul verknüpfen lassen.

Das Koppelmodul kennt die Positionsdaten der einzelnen Sensormodule der angeschlossenen Sensorstrecken. Tritt bei einem Sende/Empfangsmodul ein Defekt auf, bzw. wird dieses Modul zerstört, so können die zugehörigen Sensormodule über die entsprechenden Koppelmodule anderen Gelände/Überwachungseinheiten zugeordnet werden. Bei der Zerstörung einer Leitung wird entsprechend vorgegangen. Das bedeutet jedoch, daß sich durch das Zusammenschalten über die Koppelmodule eine beliebige gewünschte Redundanz erbringen läßt, die zu einer hohen Störresistenz des gesamten Systems führt.

Jedes Modul hat genormte Schnittstellen und liefert, über seine Adresse angesprochen, den Modulstatus zurück. Die Abfrage der Sensormodule erfolgt beispielsweise zyklisch vom Sende/Empfangsmodul aus, der den entsprechenden Sensormodulen zugeordnet ist. Spricht ein Sensormodul auf ein Ziel an, d. h. wurde also ein Ziel detektiert, so wird die Sensormodullage an die Zentrale gemeldet.

In den Sensormodulen wird vorzugsweise eine adaptive Schwellwertdetektionmit anschließender Grobklassifikation durchgeführt. Entscheidet der Klassifikator auf Zielfahrzeug, so wird der Sensormodulstatus geändert.

Die Sensormodulen des Frühweck/Warnsystems sind rein passive Modulen und somit in vorteilhafter Weise nicht ortbar. Der Funkverkehr zwischen dem/jeden Sende/Empfangsmodul und der Sensorstation bzw. der Relaisstation bzw. der Zentrale weist nur sehr geringe Datenraten auf, so daß eine elektronische Ortung dieses Funkverkehrs nur schwer möglich ist.

Der Funktionsablauf des Gesamtsystems ist wie folgt:

- Verbringen des Frühweck/Warnsystems in das Gelände,
- Aktivieren bzw. Initialisieren des Frühweck/Warnsystems,
- Frühweck/Warnsystem befindet sich in Lauerstellung,
- Zieldedektion,
- Grobklassifikation,
- Absetzen der Meldung zur Statusänderung und Absetzen der Meldung der Zieldetektionsposition,
- automatisches Einblenden der detektierten Ziele in die digitale Geländekarte der Zentrale.

Die Kommunikation zwischen dem Frühweck/Warnsystem und der Zentrale bzw. der Sensorstation bzw. der Relaisstation findet vorzugsweise über eine störsichere Hochfrequenz- Kommunikationsstrecke statt. Die Sendeleistung der Sende/Empfangsmodule ist hierbei gerade ausreichend, um die Sensorstationen oder die erwähnten Relaisstationen anzusprechen, von wo aus die Daten dann über ein leistungsstärkes Kommunikationssystem nach hinten zur Zentrale weitergeleitet werden können. Übertragen werden von den Sende/Empfangsmodulen zu den Sensor- bzw. Relaismodulen

- eine regelmäßige Nachricht, daß das System in Ordnung ist
- nach der Initialisierung die Position jedes einzelnen Sensormoduls des Frühweck/Warnsystems,
- die Position der zielerkennenden Sensormodule,
- mögliche Unterbrechungsstellen, d. h. die Adresse und die Position des Sensormoduls, ab welchem kein Kontakt mehr besteht,
- Störstellen, d. h. die Adresse und die Position der Sensormodule, die auf eine Abfrage nicht mehr reagieren,
- Änderungen der Zahl der angeschlossenen Sensormodule, d. h. der entsprechende Koppelmodulstatus und die Adressen der neu hinzukommenden Sensormodule.

Die Sende/Empfangsmodule können über die Sensorstation bzw. das Relaismodul einen Aktivierungs- bzw. Deaktivierungsbefehl erhalten.

Es ist selbstverständlich auch möglich, daß Frühweck/Warnsystem beispielsweise durch aufwendigere Sensormodule als die oben erwähnten Akkustiksensormodule, Seismiksensormodule oder Lichtwellenleitermodule zu erweitern, bei denen es sich z. B. um IR- -, LEM-, mmW- Sensoren oder dergleichen handeln kann. Desgleichen sind Wirkmodule mit passender Richtwirkung anwendbar, die insbesondere zum Schutz des Frühweck/Warnsystemes einsetzbar sind.

Claims

1. Einrichtung (10) zur Überwachung eines Objektes oder eines Geländes mittels Sensor strecken (16) aus über Leitungen (26) zusammengeschalteten Sensormodulen (18) und zum Aktivieren eines Aufklärungssystemes mittels Sende-/Empfangs-Modulen (12), an welche die Sensorstrecken (16) angeschlossen sind, für einen Datenaustausch zu einer Zentrale bei Fest stellung einer bestimmten Bewegung im überwachten Gelände, wobei die Sensorstrecken (16) mit Koppelmodulen (20) abgeschlossen sind, welche über Schnittstellen (24) zum Anschluß auch von Sensorstrecken (16) anderer Sende-/Empfangs-Module (12) ausgestattet sind, um Sensorstrecken (16) bei Ausfall ihrer Sende-/Empfangs-Module (12) anderen Sende-/Em pfangs-Modulen (12) zuordnen zu können.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das/jedes Sende/Empfangsmodul (12) mit vier Schnittstellen (14) zum Anschluß je einer Sensorstrecke (16) ausgebildet und das/jedes Koppelmodul (20) zum Anschluß von vier Sensorstrecken (16) vorgesehen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die/jede Sensorstrecke (16) als Sensormodul (18) mindestens ein Akustiksensormodul und/oder mindestens ein Seismiksensormodul und/oder mindestens ein Lichtwellenleitermodul aufweist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Modul (12, 18, 20) mit einer autarken Energieversorgung ausgebildet ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Sensorstrecken (16) in einer Linie angeordnet sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Sensorstrecken (16) in mehreren Linien gestaffelt angeordnet sind.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Sensorstrecken in mehreren Linien netzförmig angeordnet sind.

8. Einrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sensorstrecke (16) wenigstens eine Leitung (26) mit Anschluß- bzw. Verbindungsorganen (28) aufweist und sowohl eine Alarmleitung sowie eine Überwachungsleitung führt.

9. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensormodule (18) keine munitionstechnischen Wirkteile enthalten und passiv arbeiten.

10. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitungen (26) zwischen Anschlußstellen für Sensormodule (18) äquidistante Längen aufweisen.

11. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sende-/Empfangsmodule (12) zur Berechnung der Position von Sensormodulen (18) der an sie angeschalteten Sensorstrecken (16) ausgestattet sind.

12. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Positionen einzelner Sensormodule (18) wie auch die Positionen von Koppelmodulen (20) und von Sende-/Empfangsmodulen (12) an die Zentrale zum automatischen Eintrag in eine digitale Geländekarte übermittelbar sind.

13. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Sensormodule (18) mit einer adaptiven Schwellwertdetektion für eine Grob- Klassifikation ausgestattet sind, die bei Erkennen eines Zielfahrzeuges ihren jeweiligen, an ein Sende-/Empfangsmodul (12) zu übermittelnden Sensormodul-Status ändert.