EP0940793A2 - Device triggered by vehicles - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Weckvorrichtung, die auf von Fahrzeugen hervorgerufenen Fahrgeräuschen anspricht und ein die Anwesenheiten solcher Fahrzeuge anzeigendes Wecksignal erzeugt, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.The invention relates to a wake-up device based on Vehicle-induced driving noises alarm signal indicating the presence of such vehicles generated that defined in the preamble of claim 1 Genus.
Weckvorrichtungen dieser Art dienen dazu, autonome Systeme zur Überwachung von Geländebereichen auf und/oder zur Sicherung von Geländebereichen gegen das Eindringen von Objekten, hier Fahrzeugen, erst dann zu aktivieren (wecken), wenn einigermaßen sicher feststeht, daß solche Objekte im Überwachungsbereich auftauchen und/oder das sich es bei den auftauchenden Objekten auch um die überwachungspezifischen Objekte und nicht um andere handelt. Dabei muß das Wecken mit möglichst geringer Falschalarmrate so rechtzeitig erfolgen, daß das Objekt sich noch innerhalb des Aktionsradius des Systems befindet. Da die Weckvorrichtung kontinuierlich arbeitet, darf sie nur einen geringen Engergieverbrauch aufweisen, damit sie nach erstmaligem Auslegen eine recht große Lebensdauer besitzt.Wake-up devices of this type are used for autonomous systems Monitoring of areas on and / or for security of terrain areas against the intrusion of objects, here Vehicles to activate (wake up) only when is reasonably certain that such objects in the Surveillance area appear and / or that the appearing objects also around the surveillance-specific Objects and not others. The wake-up must be included false alarm rate is as low as possible in time, that the object is still within the radius of action of the Systems is located. Because the alarm clock is continuous works, it may only use a small amount of energy so that they are right after the first lay out has a long service life.
Bei einer bekannten, auf Kettenfahrzeuge ansprechenden Weckvorrichtung (EP 0 375 872 B1) ist zur Erzielung einer niedrigen Falschalarmrate und zwecks kostengünstiger Fertigung ein Geophon als Sensor eingesetzt, dessen Ausgangssignal nach Gleichrichtung und Tiefpaßfilterung an einen Komparator gelegt ist. Der Komparator vergleicht den Pegel des Ausgangssignals (Empfangspegel) mit einem Schwellwert und erzeugt bei dessen Überschreiten ein Wecksignal. Zur Erhöhung der Detektionssicherheit ist der Schwellwert so gelegt, daß er größer als der von Radfahrzeugen hervorgerufene Empfangspegel und kleiner als der von Kettenfahrzeugen hervorgerufene Empfangspegel ist, und wird zusätzlich so korrigiert, daß der Einfluß der am Ausbringungsort des Geophons herrschenden Bodenbeschaffenheit und/oder Hintergrundgeräusche auf die von Rad- und Kettenfahrzeugen hervorgerufenen Empfangspegel des Geophons wenigstens annähernd kompensiert ist. Das Ausgangssignal des Komparators bildet das Wecksignal.In a known, responsive to tracked vehicles Wake-up device (EP 0 375 872 B1) is used to achieve a low false alarm rate and for the purpose of cost-effective production a geophone is used as a sensor, its output signal after Rectification and low-pass filtering placed on a comparator is. The comparator compares the level of the output signal (Receive level) with a threshold value and generates at it Exceed a wake-up signal. To increase the Detection reliability, the threshold is set so that it greater than the reception level caused by wheeled vehicles and smaller than that caused by tracked vehicles Reception level is, and is additionally corrected so that the Influence of those prevailing at the place where the geophone is deployed Soil quality and / or background noise on those of Receiving level of the wheeled and tracked vehicles Geophones is at least approximately compensated. The The output signal of the comparator forms the wake-up signal.
Bei einer bekannten, auf Fußgänger ansprechenden Weckvorrichtung (DE 195 42 871 C1) werden als Sensoren ein Geophon und ein Mikrofon eingesetzt, denen jeweils ein separater Signalverarbeitungskanal nachgeordnet ist. In jedem Signalverarbeitungskanal werden die Ausgangssignale der Sensoren signaltechnisch geeignet aufbereitet und fortlaufend in vorgegebenen Zeitstücken der Ausgangssignale Signalspitzen oder/-impulse detektiert. Anschließend werden in dem Ausgangssignal des Geophons Signalspitzen oder/-impulse an denjenigen Stellen eliminiert, an denen in gleichen Zeitstücken des Mikrofonsausgangssignal Signalspitzen oder/-impulse auftreten. In den so bereinigten Zeitstücken des Mikrofonausgangssignals wird eine vorgegebene maximale Zahl größter Signalamplituden extrahiert und anhand dieser Zahl die Warscheinlichkeit einer Fußgängerdetektion bewertet und angezeigt.In a known, responsive to pedestrians Wake-up device (DE 195 42 871 C1) are used as sensors Geophon and a microphone used, each one separate signal processing channel is arranged downstream. In each Signal processing channel are the output signals of the Sensors processed and continuously suitable for signaling purposes signal peaks at predetermined times of the output signals or / pulses detected. Then in the Output signal of the geophone signal peaks or pulses eliminated in places where in the same Periods of the microphone output signal signal peaks or pulses occur. In the time pieces of the Microphone output signal becomes a predetermined maximum number largest signal amplitudes extracted and based on this number the Probability of pedestrian detection assessed and displayed.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine auf Fahrzeuge ansprechende Weckvorrichtung mit großer Detektionsreichweite und hoher Detektionssicherheit bei Verzicht auf eine aufwendige Signalverarbeitung zu schaffen. The invention has for its object one on vehicles appealing alarm device with a large detection range and high detection reliability without a to create complex signal processing.
Die Aufgabe ist bei einer Weckvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichenteil des Anspruchs 1 gelöst.The task is in a wake-up device in the preamble of the genus specified in claim 1 according to the invention Features solved in the characterizing part of claim 1.
Die erfindungsgemäße Weckvorrichtung hat den Vorteil einer sicheren Detektion von Bodenfahrzeugen, wie Rad- und Kettenfahrzeugen, oder Luftkissenfahrzeugen, wie Hubschrauber, bei einer niedrigen Falschalarmrate, da durch automatische Anpassung der Detektionsschwelle an das Hintergrundgeräusch und Eliminierung von kurzeitigen Störern, wie Knalle oder Windböen, die Schätzung von Signal- und Störanteil des wegen der notwendigerweise immer geforderten großen Detektionsreichweite sehr niedrigen Nutz-/Störverhältnisses bei erkannten Zielen verbessert wird. Die Weckvorrichtung kommt mit einem einzigen Sensor, vorzugsweise einem Mikrofon, aus, doch können zur Gewinnung weitere Informationen weitere Sensoren problemlos einbezogen werden. Die Signalverarbeitung ist wenig aufwendig und zeichnet sich aus durch die Verwendung von zwei zeitlichen Pegelsignalen mit verschiedenen Signaleigenschaften, die von den Ausgangssignalen mindestens eines Sensors gewonnen werden, der Extraktion von physikalisch interpretierbaren Merkmalen und deren Konfidenzbewertung und die Beeinflussung der Schätzfilter bezüglich ihrer Funktionsweise, der einzustellenden Funktionsparameter sowie der Entscheidungsschwellen in Abhängigkeit von den extrahierten Merkmalen und deren Konfidenz. Die niederfrequenten Pegelsignale können trotz der nach heuristischen Regeln arbeitenden Logiken und Konfidenzbewertung mit einem Mikrocontroller lückenlos in Echtzeit bearbeitet werden. Infolge der direkten, schnellen Beeinflussung von Funktionsweise und Funktionsparameter der Schätzfilter durch die auf physikalischen Gesetzen beruhenden heuristischen Regeln werden aufwendige adaptive Verfahren mit langer Einschwingzeit vermieden. Eine Änderung der Weckvorrichtung durch Ändern oder Ergänzen der Regeln ist einfach, der Aufwand für deren Implementation und der Tests ist gering.The wake-up device according to the invention has the advantage of a safe detection of ground vehicles, such as wheel and Tracked vehicles, or hovercraft such as helicopters, at a low false alarm rate because of automatic Adaptation of the detection threshold to the background noise and elimination of short-term interferers such as bangs or Gusts of wind, the estimation of signal and interference due to the the large ones that are always required Detection range of very low usage / interference ratio is improved when targets are identified. The alarm device comes with a single sensor, preferably a microphone, , but more information can be obtained to obtain Sensors can be easily included. The signal processing is inexpensive and is characterized by its use of two temporal level signals with different Signal properties that of the output signals at least of a sensor, the extraction of physical interpretable characteristics and their confidence assessment and influencing the estimation filters with regard to their How it works, the function parameters to be set and the decision thresholds depending on the extracted features and their confidence. The low-frequency level signals can despite the after logic and heuristic rules Confidence assessment with a microcontroller in Edited in real time. As a result of the direct, fast Influencing the functionality and functional parameters of the Estimation filter through those based on physical laws Heuristic rules use complex adaptive procedures long settling time avoided. A change in Wake-up device by changing or supplementing the rules simple, the effort for their implementation and testing is low.
Zweckmäßige Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Weckeinrichtung mit vorteilhaften Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den weitern Ansprüchen.Appropriate embodiments of the invention Wake-up device with advantageous developments and Embodiments of the invention result from the others Claims.
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels im folgenden näher beschrieben. Dabei zeigt die Zeichnung ein Blockschaltbild einer auf Fahrzeuggeräusche ansprechenden Weckvorrichtung.The invention is based on one shown in the drawing Embodiment described in more detail below. Here the drawing shows a block diagram of a Wake-up device appealing to vehicle noises.
Die in der Zeichnung im Blockschaltbild dargestellte Weckvorrichtung dient zum Aktivieren oder Wecken autonomer Systeme zur Überwachung von Geländebereichen bezüglich Eindringen von oder Überfahren durch Fahrzeuge aller Art, wobei das autonome System ein Aufklärungssystem zur Erfassung von Truppenbewegungen oder ein Bekämpfungssystem, z.B. ein Minensystem, zur Zerstörung aller oder selektierter Fahrzeuge sein kann. Die Weckvorrichtung arbeitet mit geringem Stromverbrauch kontinuierlich und schaltet das einen wesentlichen höheren Energieverbrauch aufweisende autonomische System kurzfristig bei der Detektion eines Fahrzeugs ein.The one shown in the drawing in the block diagram Wake-up device is used to activate or wake up autonomously Area monitoring systems related to Penetration or being run over by vehicles of all kinds, the autonomous system being a reconnaissance system for capturing of troop movements or a control system, e.g. a Mine system, to destroy all or selected vehicles can be. The alarm device works with little Power consumption continuously and switches one autonomous having significantly higher energy consumption System at short notice when a vehicle is detected.
Die zusammen mit dem autonomen System im Gelände ausgebrachte
Weckvorrichtung weist ein Mikrofon 10 sowie eine
Signalverabeitungseinheit 11 mit zwei getrennten
Signalverarbeitungskanälen 111, 112 auf, in denen von dem
Mikrofonausgangssignal zwei zeitabhängige Pegelsignale mit
unterschiedlichen Signaleigenschaften abgeleitet und
physikalisch interpretierbare Merkmale in den Pegelsignalen
extrahiert und bewertet werden. Hierzu ist in jedem Kanal 111
bzw. 112 ein analoger Signalverarbeitungsmodul 12 bzw. 13, ein
Analog-/ Digitalwandler (A/D-Wandler) 14 bzw. 15 sowie ein
Schätzfilter 16 bzw. 17 und eine Logik 18 bzw. 19 vorhanden.
In einer an den beiden Logiken 18, 19 angeschlossenen
Wecklogik 20 wird ein Wecksignal zum Aktivieren des autonomen
Systems generiert.That deployed together with the autonomous system in the field
Wake-up device has a
In jedem Signalverarbeitungsmodul 12 bzw. 13 wird das
Ausgangssignal des Mikrofons 10 in einem Verstärker 21 bzw. 22
verstärkt, mittels eines Bandpasses 23 bzw. 24 gefiltert, in
einem Gleichrichter gleichgerichtet und mit einem Integrator
integriert. Gleichrichter und Integrator sind in einem Block
25 bzw. 26 zusammengefaßt. Die Parameter (Filterbereich,
Integrationszeit) des ersten Moduls 12 ist an das
Fahrzeuggeräusch und die Parameter (Filterbereich,
Integrationszeit) des zweiten Moduls 13 an mindestens ein
prädiktives Ereignis angepaßt, das erfahrungsgemäß im
überwachten Geländeabschnitt auftritt und das Fahrzeuggeräusch
zumindest teilweise überdeckt. Im speziellen Fall werden als
solche Ereignisse Knalle oder Windböen betrachtet, die
kurzzeitige Störungen des Mikrofonausgangsigals hervorrufen.
Entsprechend ist in dem Modul 12 mit Modellannahme zur
Bestimmung des Fahrzeuggeräusches der Bandpaß 23
typischerweise schmalbandig ausgelegt und die Zeitkonstante
des Integrators groß gewählt, während in dem Modul 13 mit der
Modellannahme zur Knall- und Windböenerkennung der Bandpaß 24
breitbandig ausgelegt ist und die Zeitkonstante des
Integrators klein bemessen ist. Die große Zeitkonstante
entspricht der Zeitbewertung FAST (F) und die kleine
Zeitkonstante entspricht der Zeitbewertung IMPULS (I) oder
kürzer gemäß DIN IEC 651. Die Bandbreite des Bandpasses 23
liegt im Frequenzbereich von Fahrzeuggeräuschen bei einem
guten Nutz-/Störverhältnis (Signal Noise Ratio SNR) und die
Bandbreite des Bandpasses 23 überspannt den Frequenzbereich,
in dem die typischerweise von den prädiktiven Ereignissen
hervorgerufenen schmalen Peaks liegen.
Das Schätzfilter 17 des zweiten Kanals 112 mißt einerseits den
maximalen Pegel, auch Receiver Level (RL) genannt, und
andererseits den Hintergrundpegel, auch Noise Level (NL)
genannt, indem fortlaufend aus einem Zeitstück vorgegebener
Dauer der maximale Pegelwert ermittelt wird. Aus einer
vorgegebenen Anzahl solcher Zeitstücke ergibt das Maximum
dieser Werte den Empfangspegel (RL) und das Minimum der Werte
den Hintergrundpegel (NL). Auf Basis der so generierten beiden
Pegelsignale wird in der Logik 19 im zweiten Kanal 112, im
folgenden kurz Peak-Logik 19 genannt, die Detektion von Peaks
zur Erkennung von Knallen und Windböen durchgeführt und die
Konfidenz dieser Detektion bestimmt. Die Peakerkennung basiert
auf der Differenz zwischen Empfangspegel (RL) und
Hintergrundpegel (NL), und die Höhe der Peaks über vorgegebene
Detektionsschwellen ergibt dann das Konfidenzmaß für die
Peakdetektion. Das Konfidenzmaß, die sogenannte Peak-Konfidenz,
gibt die Zuverlässigkeit an, mit der eine
Signalspitze (peak) erkannt wird. Im einfachsten Fall nimmt
die Peak-Konfidenz den Wert "0" oder "1" an.In each
Das Schätzfilter 16 im ersten Kanal 111 mißt ebenfalls den
Eingangspegel (RL), allerdings hier durch Mittelung der
Ausgangswerte des A/D-Wandlers 14, wobei die Mittelung mit
einer zeitlichen Überlappung, z.B. von 0,5 bis 1s, erfolgt.
Durch Rückkoppellung der Peak-Logik 19 auf das Schätzfilter 16
beeinflußt die Peak-Konfidenz die Schätzung des Empfangspegels
(RL), indem z.B. bei Peak-Konfidenz "1" der Pegelwert aus dem
vorangegangenen Zeitstück als korrigierter Empfangspegel
gehalten wird. Das Schätzfilter 16 im ersten Kanal 111 mißt
darüberhinaus auch den Hintergrundpegel (NL) und benutzt dabei
die korrigierten Pegelwerte des Empfangspegels (RL) als
Eingangsdatum für die Schätzung. Bei der Schätzung des
Hintergrundpegels (NL) wird zunächst davon ausgegangen, daß
der Empfangspegel kein Nutzsignal sondern Hintergrundgeräusch,
also Hintergrundpegel (NL), ist. Der neue NL-Schätzwert wird
aus dem neuen Pegelwert und dem alten Pegelwert des
Hintergrundpegels (NL) durch Mittelung berechnet, wobei die
Mittelungszeitkonstante bei ansteigendem Hintergrundpegel (NL)
groß und bei abfallendem Hintergrundpegel (NL) klein gemacht
wird, was durch die Rückkopplung der Logik 18 für die
Fahrzeugerkennung im ersten Kanal 111 im folgenden kurz
Fahrzeug-Logik 18 genannt, ausgelöst wird.The
Die Fahrzeugerkennung erfolgt in der Fahrzeug-Logik 18
aufgrund der Pegeldifferenz zwischen dem Empfangspegel (RL)
und dem Hintergrundpegel (NL). Fahrzeug-Konfidenz liegt vor,
wenn die Langzeit- oder Kurzzeitpegeldifferenzen vorgegebene
Schwellwerte überschreiten. Bei Vorliegen von Fahrzeug-Konfidenz
wird durch die Rückkopplung der Fahrzeug- Logik 18
auf das Schätzfilter 16 der NL-Schätzwert nicht verändert.Vehicle detection takes place in
Wie in den vorstehenden Ausführungen dargelegt ist, beeinflußt
die Peak-Logik 19 und die Fahrzeug-Logik 18 über ihre
jeweilige Konfidenz das Verhalten des Schätzfilters 16 im
ersten Kanal 111 aufgrund von Verhaltensregeln. Eine solche
Beeinflussung besteht z.B. in der Einstellung der
Zeitkonstanten für die NL-Schätzung in Abhängigkeit von dem
Nutz-/Störverhältnis (Signal/Noise-Ratio SNR), sowie von An-Abfahrt
von Fahrzeugen, Bewertungen aufgrund kurz- oder
langzeitiger Pegelanstiege und Auslassung von Schätzungen bei
erkannten Peaks. Diese Regeln für die Beeinflussung des
Schätzfilters 16 können leicht geändert und problemlos
implementiert werden. As stated in the foregoing, is affected
the
Die Wecklogik 20 vereinigt in sich zwei wesentliche
Funktionen. Zum einen sorgt sie durch Ausnutzung der Pausen
zwischen den Peakereignissen dafür, daß die Fahrzeugerkennung
weiterlaufen kann, um trotz Störungen durch zahlreiche
Windböen ein schnelles Wecken zu erreichen. Zum anderen trifft
sie unter Verwendung von Peak-Konfidenz und Fahrzeug-Konfidenz
die Weckentscheidung. Die Weckentscheidung wird in mehreren
Entscheidungsstufen getroffen, um bei aufgrund der großen
Detektionsreichweite schlechtem SNR (z.B. 0 dB) die
Falschalarmrate zu senken. Ein Beispiel für eine Weckbedingung
besteht darin, daß ein langsam ansteigender Signalpegel und
ein SNR größer als 3 dB vorliegen muß. Diese Weckbedingung muß
zusätzlich dreimal in Folge vorhanden sein, bevor ein
Wecksignal generiert wird. Wurde ein Wecksignal ausgegeben, so
wird ein wiederholtes Wecken solange verhindert, bis das
Fahrzeug nicht mehr detektiert wird.The wake-up
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel für eine Weckvorrichtung beschränkt. So können mehr als zwei Signalverarbeitungskanäle vorgesehen werden, so daß sich die Zahl der Pegelsignale mit verschiedenen Signaleigenschaften, die auf durch Ereignisprädiktion im Überwachungsgebiet angenommene, unterschiedliche, physikalisch interpretierbare Merkmale analysiert werden, erhöht und damit die Detektionssicherheit anwächst.The invention is not based on the above Embodiment limited to a wake-up device. So more than two signal processing channels can be provided be so that the number of level signals with different signal properties that are due to Event prediction assumed in the surveillance area different, physically interpretable characteristics are analyzed, increased and thus the detection reliability grows.
Des weiteren müssen nicht alle Signalverarbeitungskanäle an den gleichen Sensor angeschlossen werden. Im beschriebenen Ausführungsbeispiel kann jeder der beiden Signalverarbeitungskanäle mit einem eigenständigen Mikrofon verbunden sein. Anstelle der oder zusätzlich zu den Mikrofonen können andere, für den speziellen Einsatzzweck besonders geeignete Sensoren, z.B. Hydrophone, Magnetsensoren u. dgl. verwendet werden.Furthermore, not all signal processing channels need to be on the same sensor can be connected. In the described Embodiment can use either of the two Signal processing channels with a separate microphone be connected. Instead of or in addition to the microphones can others, especially for the special purpose suitable sensors, e.g. Hydrophones, magnetic sensors and. the like be used.
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