JP2011517799A - 信号認識を具備した不法侵入検知システム - Google Patents

信号認識を具備した不法侵入検知システム Download PDF

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Abstract

音響信号を用いた不法侵入検知システムを提供する。種々の不法侵入検知システムが存在するが、単なる閾値レベルで信号を比較する方法では、安全を考慮すると不必要な警報を多発してしまう結果となる。超低周波音を捕捉するマイクロフォンと、捉えた信号を低周波および高周波の２つの異なる周波数のチャンネルに分割し、２つのチャンネル内で個別に処理してデジタル信号に変換し、変換した信号をプロセッサに入力して２つのチャンネルの信号を比較し、それらの２つのチャンネル間の比較に基づいて信号発生源の特性を導き出し、音を発生させた原因を特定する。

Description

今日、不法侵入検知システムでは様々な方法が使用されている。例を挙げると；超音波、赤外線、マイクロ波、圧力変化（容積測定）、音響検知器、および超低周波検知器がある。
これらの検知技術に共通なのは、信号が閾値限界を超えると直ちに、検知器が信号を与え警報を引き起こす。これは、ピーク検知と呼ばれる。
異なる技術を組み合わせることも良く知られている。従って二重の技術または三重の技術でさえ持つことが可能であり、従って前提は、警報を発生させるひとつの信号を送る前に、これらの異なる技術の全てが成立していなければならないという事である。
従来技術において、どの原因が信号を発生させているかに関する情報を提供する検知原理、例えば扉を開けているのか押し破って入って来ているのか、または何がその信号の原因か、に関して多くを見ることは出来ない。更に、従来は信号の実際の原因を認識する検知技術を提供することは多くなされていなかった。此処で言う信号とは、どの情報がその信号を構成しているか、この情報は我々に何を告げているか、およびこの受け取られた情報を考察することによりどの結論に達するかを意味している。
圧力変化を検知するための構成に関する米国特許第５ １８５ ５９３号で開示された発明（「二重圧力変化不法侵入検知器」）が存在する。境界線の内側の空気圧を境界線の外側の圧力と比較することにより、この検知器は物理的障壁または境界線の破損を感知する。その様な破損が感知されると、検知器は１つの信号を与え、もしも保護されている領域への侵入の場合は警報を発する。
別の発明（「不法侵入警報で使用されるための誤警報確率を低減したガラス破壊センサ」）が米国特許第５ ３２３１４１号に開示されている。このセンサまたは検知器は低周波音と音響高周波音とを捕捉する。この発明は誤警報を低減することに専心している。しばしば雑音で飽和状態となり、従って誤警報を発生するマイクロフォンの有する非常に大きな問題の為、このマイクロフォンは一次音響音と同様に入力音の低周波部分を検知するように構成されている。このセンサは第１の受信された音響信号が第２の低周波信号で完成されるまで警報信号を発生する判断をしない。この発明は申請によればガラス破壊検知器では誤警報を著しく低減したと言われている。
本発明に最も近く関連する従来技術は、国際公開ＷＯ ２００６／１２３２１７Ａ１（「不法侵入検知システムならびに方法」）に開示されており、本発明の所有者に帰属している。これは種々の入力信号の信号処理に人工知能を使用し、通常のピークまたは閾値検知に比較して、誤警報の頻度の低減を図ることを意図してなされている。統計学が重要な要素として用いられている。収集された情報の異なる型式の間に相異（ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅ）が有る場合、信号または警報が発せられるが、これはその期間中に記録された「正常」および「異常」信号に関する統計データを処理するアルゴリズムの使用に基づいてなされる。予め定められた信号状態の出現確率の閾値レベルを適応させることにより、１つの信号または複数信号の組に隠された潜在的原因を決定することが可能となる。ＷＯ ２００６／１２３２１７Ａ１は信号特性および種々の信号間の時間関係の様な情報を使用することを記述している。
１つまたはいくつかのセンサで捕捉された信号の或る特定の合成列に関して責任のある原因を発見する仕事は複雑な仕事であり、その様な信号処理方法を更に改善する必要がある。
本発明はＷＯ ２００６／１２３２１７ Ａ１ の特徴と同様、入力信号に隠されている原因を探すことを目指しているが、手法は異なっている。
入力音響信号の或る特定の特性音質を用いて、それらの音質の原因となるかまたはそれらを導入した原因を識別することの出来る警報システムを提供することが当該目的である。
本発明において、信号の背後にある原因は、２つの異なる検知チャンネル内のデジタル的に処理された信号間の相関に基づいて確認される。
従って、本発明に依れば少なくとも１つの不法侵入検知器とそこに接続された１つのプロセッサを含む不法侵入検知システムが提供されており、この不法侵入検知器は或る周波数範囲内のガス伝搬機械振動エネルギーを感知し、それを同一周波数範囲の電気的振動エネルギーに変換するための変換器を有し、システム内にその電気的振動エネルギーを表すデジタル信号を提供するための１台のＡ／Ｄ変換器が存在する。本発明の特徴は、検知器が更に前記周波数範囲の低周波信号部分を選別しプロセッサの第１入力に供給するための低周波チャンネルと、同様に前記周波数範囲の残りの信号部分を選別しプロセッサの第２入力に供給するための高周波チャンネルとを含み、またプロセッサが低周波信号部分と残りの信号部分それぞれの中の或る特定のデジタル特性を使用して、どの事変がガス伝搬機械振動エネルギーを発生させたかの判定結果を提供するための回路を含む。前記プロセッサは、その複数の入力に与えられた信号をデジタル的に信号処理するための手段を具備し、プロセッサは更に信号認識ユニットを含み、この中でデジタル的に処理された複数の信号が学習され格納されている信号パターンと比較される。
検知器およびプロセッサのいずれも、低周波および高周波チャンネルを、高利得フィルタ処理、低利得フィルタ処理および周波数成分に基づいて更に複数のチャンネルに分割するように適合されている。
Ａ／Ｄ変換器は検知器内に含まれていても構わない。
低周波チャンネルは約１−５Ｈｚの周波数副範囲内の信号を処理するチャンネルであり、一方高周波チャンネルは約５−２０Ｈｚの周波数副範囲内の信号を処理するチャンネルである。これらの周波数は単なる例であって、より多くの周波数範囲への分割は本発明の１つの好適な特徴である。
本発明の１つの好適な実施例において、プロセッサ回路は、
− 低周波信号部分内の或る特定の信号特性を、残りの信号部分内の類似のデジタル信号特性と比較し、また比較結果信号の組を更に処理するために、更に別のプロセッサ副ユニットに提供するための比較器と、
− 前記更に別のプロセッサ副ユニットのうちで、比較結果信号とワード（ｗｏｒｄ）表から選択された１つのワードとの間の連想を確立するための連想副ユニット、および選択されたワードに基づいて１つの状態を確立するための状態副ユニット、を含む。
この文脈の中で、「ワード（ｗｏｒｄ）」の意味は通常の意味を越えて拡張されていることを理解されたい。此処で「ワード」は自然言語、記号（例えば、中国語または日本語記号）、または数字さえも考えられる。
本発明の１つの好適な実施例において、状態副ユニットは更に、予め定められたものまたは自然な序列に基づいて、選択されたワードを編成するように動作する。
別の実施例において、連想副ユニットはワード選択基準が適合しない場合、その判定基準を最も満たす近接した比較結果信号に関連する１つのワードを自動的に選択するように動作する。
１つの実施例において、比較器は低周波信号部分内の入力エネルギー・バースト内のシーケンスを残りの信号部分内のシーケンスと比較するように適合されている。
別の実施例において、比較器は低周波信号部分内の入力エネルギー・バースト内の持続時間を残りの信号部分内の持続時間と比較するように適合されている。
更に別の実施例において、比較器は低周波信号部分内の入力エネルギー・バースト内の時間周期を残りの信号部分内の時間周期と比較するように適合されている。
別の実施例において、比較器は低周波信号部分内の入力エネルギー・バースト内の或る特定信号事象、例えば絶対最大振幅等、の事象回数を残りの信号部分の事象回数と比較するように適合されている。
更に別の実施例において、比較器は低周波信号部分内の入力エネルギー・バースト内の完全な連続の持続時間を残りの信号部分内のその様な持続時間と比較するように適合されている。
更に別の実施例において、比較器は低周波信号部分内の入力エネルギー・バースト内の信号強度（ｓｉｇｎａｌ ｓｔｒｅｎｇｔｈ）を残りの信号部分内の信号強度と比較するように適合されている。
更に別の実施例において、比較器は低周波信号部分内の入力エネルギー・バースト内の信号振幅（ｓｉｇｎａｌ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）を残りの信号部分内の信号振幅と比較するように適合されている。
以下の詳細な説明の中で、本発明がいくつかの例示実施例を通して添付図を参照しながら解明されるであろう。
図１は本発明の好適な実施例に基づく検知プロセスを記述する流れ図である。 図２は信号の原因として風で捉えられた、超低周波信号のアナログ表示を示すグラフである。 図３は、低周波チャンネル内の、図２と同じ風に起因する信号に対する更なる処理段階を示す。 図４は、「高周波」チャンネルに於ける、図３と類似の処理段階を示す。 図５は、入力（風）信号の特性を識別するために、その中で低および高周波チャンネルからのデジタル的に処理された信号が比較または相関を取られるようにしているグラフである。 図６は、相関処理の結果を表す棒グラフである。 図７は、図６の棒グラフに密接に関係する活動要因図（ａｃｔｉｖｉｔｙ ｃｈａｒｔ）であり、可能性のある活動／事件を示し、警報または信号を発生させる結果となるその様な活動を設定するためのものである。 図８−１３は、図２−７と全く同じ順序の図で構成されており、捕捉された信号の原因が不法侵入事変である。 図１４は、本発明のシステムの基本実施例をブロック図形式で示す。
本発明は物理的障壁に対する全ての侵害、例えば不法侵入、または境界線を囲む物理的構造または構成に影響を与える事変、または風、降雨の様な環境により引き起こされる事変、に関連して発生する信号を認識しかつ信号の特性化を行うことを特定目的とする。更に詳細には、信号「源」は全ての外部雑音（機械、交通等）、風、衝突、扉／窓の開／閉、侵入（侵害、ガラスまたはその他の物質の破壊）および全ての未確認音源が考えられる。関心対象は、建物、全ての種類の車両、コンテナ、飛行機、ヘリコプタまたは最終的には境界線または領域を保護する必要のあるその他の構成要素からなる境界線の安全を保証することである。環境の物理的変化をもたらす全ての事変はエネルギーを放出し、環境およびエネルギー内のこれらの変化は、先に説明したように定められた領域を囲む構造上で音響効果の中に或る特定の特性を与える。
好適に、情報は超低周波（場合によっては圧力または体積変化と表現される）からマイクロフォン／変換器を通して収集される。超低周波は２０Ｈｚ未満の音であり、超低周波を使用する際にはより高い音響周波数はフィルタで濾波される。しかしながら、本発明は超低周波に限定されるのではなく、任意の音響周波数範囲を含むものである。デジタル方式の検知処理から信号を抽出することにより、元の検知された信号を認識しかつ特徴付け、それによりその信号の発生源または原因を決定することが可能である。
図１および図１４を参照すると、音（好適に超低周波）はマイクロフォンから２つのチャンネル、チャンネルＡおよびＢに分配され、これらのチャンネルはそれらの信号を処理するために、最初に更に２つまたはそれ以上の副チャンネルに分割されている。チャンネルＡ（また「動き」とも名付けられる）は典型的に、周波数範囲１−５Ｈｚからの信号を捕捉し、そしてチャンネルＢ（また「衝撃」とも名付けられる）は、範囲５−１５Ｈｚの周波数を捕捉する。この分配は単なる事例であり、例えばチャンネルＡを１−７ＨｚそしてチャンネルＢを７−１５／２０Ｈｚに適合させることも可能である。これらの信号は最初、濾波および増幅の処理がなされる。チャンネルＡは信号を低利得および高利得分岐に分割し、同様にチャンネルＢは信号を低利得および高利得分岐に分割する。各チャンネル内の最も弱い信号は、取り扱い可能とするように増幅される。
次ぎにチャンネルＡ内の複数の信号が１つの信号に集合され、またチャンネルＢ内の複数の信号が同様の処理をなされ、その後チャンネル（ＡおよびＢ）の両方がＡ／Ｄ変換器によってデジタル形式に変換される。デジタル化処理をマイクロフォン／変換器の直後に、またはその内部で行うことさえも可能であるが、今日現在、信号の最も信頼性の高い処理は先に説明し、またこれから以降に説明する方法でなされている。
デジタル化処理が実行される際に、２つのチャンネルが有ってそれぞれ更に次ぎの処理を行うために各々デジタル信号を与える。図１に示される実施例において、低周波チャンネル（Ａ）および高周波チャンネル（Ｂ）は共にピーク・トゥ・ピーク（ｐｅａｋ ｔｏ ｐｅａｋ）で０．０２−２０ボルトのダイナミック・レンジを有する信号を処理する。しかしながら、別のレンジを選択することも可能であり、例えば０．０１−１０ボルト、または０．０１−１００ボルトも選定できる。次ぎに、これらの信号はデジタル信号処理器（ＤＳＰ ：ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）に通される。ＤＳＰ処理において、信号の或る特定の予め定められた特性を１つだけ選び出し、以下に例示するように、特定の特性に関する２つのチャンネルを比較するために、種々のアルゴリズムが使用される。この処理はプロセッサの比較器部分で実行され、なかんずく、信号強度、信号バーストの持続時間、信号バーストの間隔、および各チャンネルＡおよびＢそれぞれ内での信号バースト発生間隔などを含む。
次ぎに、信号認識が、例えば比較結果を先に学習され格納されているデータと、特別なアルゴリズムに基づいて相関を取ることにより実行される。本発明の１つの特徴として格納されたデータが、音響の高度かつ包括的ライブラリ（ａｄｖａｎｃｅｄ ａｎｄ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ｌｉｂｒａｒｙ）として具体化（ｍａｔｅｒｉａｌｉｓｅｄ）されている。その様な信号認識処理に基づき、１つの「状態」が与えられ、どの型式の原音響信号が検知されたかを示す。図１の下部「ボックス」は、識別される可能性があり、また状態として設定されるいくつかの原因例を示している。その様な「状態」は従って、原音響信号が雑音（例えば車両の通過）、風、送風機または空調機、振動、降水（例えば降雨）、扉または窓またはその他の構造物に対する衝撃、扉／窓の開放、扉／窓の閉止または物理的構造の破損（不法侵入）等のいずれであるか識別する。これらの状態／原因のいくつかは警報には至らず、「普通（ｐｌａｉｎ）」の箱内に表示され、一方例えば「扉開放」、「不法侵入」および「未確認」は警報を発生し、特別な印を付けられた箱の中に表示される。例えば「扉開放」は警報を発生する必要のある状態では無いが、示されている実施例では高い安全保障水準を維持するように選択されていることに注意されたい。
「未確認」カテゴリーは、例えば以前に格納されたデータとの比較で妥当な相関が得られなかった場合の状態である。その様な状態はほとんどの場合、警報を正当なものとする状態として定義される。
「信号バースト」は音響／超低周波エネルギーの入力「パッケージ」として定義され、それらのバースの間の入力パワーは予め定められた値未満か、または自動的に調整可能な水準にある。
例えば、人は扉が開けられたか否かは最初の動きを「高周波」範囲（５−１５Ｈｚ）で検知することで知り、これは扉が扉枠から掛け金を外され／離れた際に発生し、低周波範囲（１−５Ｈｚ）でかすかな動き（音響）が続く。一方、扉が閉じられる際には、人は最初にかすかな動き（音響）を周波数範囲１−５Ｈｚで検知し、扉が扉枠に当たった際に衝撃（５−１５Ｈｚ）が続く。徹底するのであれば、鍵で錠を回す音を、我々が聞く音に耳を傾けることなく「聞いて」識別することも、その音は２０Ｈｚ以上であるが、この動きの超低周波を実際に検知することにより可能であろう。その様な検知を行う際の唯一の制約は、低周波がどれだけ増幅出来るかである。
プロセッサは好適にメモリを含み、これは受信されたデジタル信号をある一定期間に渡って格納し、その様にして以前に検知され信号と特性とを認識する。これは情報としてまたシステム自体内部での検知プロセスを通しての相関として、および／または監視側で人がどの種類の活動がどの時間に発生したかを識別したいと望む際の情報として使用される。検知プロセスが判定した信号に対して、ワード、符号または番号を付けることが好適である。従って、警報信号が発せられるべき事例に対して指令を確立すること、または与えられた情報に基づきその信号が別の行動を開始されるか否かを決めることが可能である。この例として；貴方がある領域の扉が開けられたか否かを知りたいと欲し、貴方が信号「扉開放」を、信号処理がこれをこの信号の特性に基づいて判定した際に受信することを選択するか、または貴方が「扉閉止」を選ぶ場合、検知プロセスがこれを確認すると、この信号は表示器または音源のいずれか指定されたものに転送されるか、または警報を引き起こす。または、状況によっては、振動、衝撃などの全ての外部の緊張をただ記録するだけで、侵入が行われたと判定されるまで、警報に導くいずれの信号も与えないようにするのが利益に繋がる場合もある。
プロセッサ内の比較器ユニットで比較結果が確立された際に、この結果信号は以前に既知の事象型式と関連づけられ、またワード表内でワード、符号または番号（此処で「ワード」と総称する）の組と関連づけられているデータの格納されている組と比較される。比較結果信号と最善の「一致」を与える、格納されたデータに関連する１つのワードが選択される。
例えば、結果信号の持続時間と周波数パラメータはデータの或る１つの特定の格納された組との一致を与えるが、信号強度が一致しない場合、信号強度には低い優先順位が与えられ、一致は「ほとんど判定基準を満たす」ケースとして、すなわち「隣接比較結果信号」に属する１つのワードが自動的に選択される。
信号バーストのシーケンスの結果として、または入力音響信号を２つの異なるチャンネル（低および「高」周波数）に分割した結果として、いくつかのワードが与えられる場合がある。その様な複数のワードは、最終的に原信号の状態を与えるために使用され、それによりその原信号の背後にある原因を識別する。
従って、別の表現をすると、検知プロセスは判定基準に一致したことで原因が決定された後、信号の分類を行うと言える。判定基準の全てが満たされない場合、優先順位に応じて、判定を完了させるために完全な要求された情報を満たす最も近い分類に、その信号を送るように選択する。
プロセッサは、先に説明したように、どの信号が警報を発するために送られるかに関して予めプログラムされているが、特性の形式で登録されている活動と信号認識がその領域内での進行中の特性から逸脱する場合、警報を発する信号を送るようにも判断できる。
特に商業施設では、その敷地上でまたは全ての物理的構造に衝撃を与えた信号または原因を呼び出して識別できるようにすることは、大いに関心がありまた価値のあることと思われる。これは不法侵入および損害を与える挙動のような活動に限定されるものでは無い。全体として、これは構造および建物等の様な建築物に衝撃を与える原因または事象の有意義な情報を提供するはずである。これは加えてその様な施設の株主や保険会社に更なる価値をもたらし、第２または第３者によってもたらされる活動に関係する不必要なコストを防止するはずである。その様なシステムを採用することにより、これは多くの状況に於いてＣＣＴＶの代わりとなるであろうが、それは収集されるほとんどの情報が直接「それを見る」必要なく与えられるからである。
次ぎに図２−１３を参照する：
図２は変換器で捕捉されたアナログ超低周波信号を示す。この特定の信号は風で引き起こされた活動を検知している。
図３は、異なる処理をするために分割された、チャンネルＡ（低周波１−５Ｈｚ）を示すグラフであり、図２のアナログ信号から開始して、その信号を分割し、低利得アナログ・フィルタには信号が見られず、高利得アナログ・フィルタには信号を受信し、これらの信号を１つの信号に再結合し、次ぎに信号をデジタル化して信号周波数、振幅、継続時間および開始時点を計算して読み取る。これらの図はまた、信号を複数チャンネルに高／低ＡおよびＢに分割することも示しており、また現場での環境に自動的に適合するまで、これらの信号の取り扱いを容易にするため、現在例えば２ボルトのオフセットを有している。
図４は図３と同様の処理を示しているが、チャンネルＢ（高周波５−１５Ｈｚ）に対するものである。
図５はチャンネルＡおよびチャンネルＢからの信号の相関が取られた際のデジタル信号処理（ＤＳＰ）を示すグラフであり、我々はどのチャンネルで信号が最初に発生したか、それが最初に発生した強度、チャンネルＡおよびチャンネルＢからの信号間の時間を知ることが出来、これはそれらの信号の特性を識別することを可能とする。この特定信号において、各々のチャンネル内で最初の信号発生の時間差が無いことが判る。また、我々は両チャンネルに於いて、振幅が非常に小さく、またそれが長時間に渡って著しく変化することなく継続していることが判る。活動の特性は常に同じであるが、強度は変化する、すなわち扉が注意深く開けられるか、普通にまたは乱暴に開けられるかに関わらず、それは常に最初高い信号で開始し（我々が一番力を使う時）、そして滑らかな信号が続く。これは要約すると、信号をどれだけ増幅するかである。
図６は、我々の計算後の信号確かさを示す図表であり、検知された信号の結果である。我々が検知された信号に対して自信が無い場合、アルゴリズムは自動的に要求を満たす最も近い判断を選択する。図の下部に述べられている原因のいくつかを、以下に説明する。
図７は検知された活動を表示する図表であり、此処で我々は検知すべき活動を決定する、すなわち検知器に対する設定を予め定義する。これはＩＰラインを通してワードまたは信号として転送されるか、または何らかの予め設定された活動が識別された場合にのみ警報を与えるように選択したものである。図はまた我々が検知したい原因の階層を或る特定の順番で定める例でもある。階層付けリストは「推論された活動」と呼ばれる。一例を挙げると、「非侵入者」の様な活動は、非常に弱い信号を発生する活動であり、これを我々は非事象と考える。「学習済み」は、その特定現場から以前に得られた検知信号に基づき、システムが正常と認識し現場で継続中の活動の信号であり、「換気」は換気扇または空調機等、で引き起こされた動きであり警報として追跡する興味のあるものではなく、「風」もまた応答する関心を示す動きでは無い。仮にその様な事象、例えば換気、風等に反応すべき関心が有る場合は、我々はこの原因の状態を活性化または強化してその様に実行するように選択する。
図８は侵入（不法侵入）により引き起こされたアナログ超低周波信号である。
図９−図１３は、風の状態に対して図１−図７で実施したものと同じ処理を、侵入状態に対して示したものである。これらの図が示すように、信号は物理的衝撃で引き起こされた状況の所で、著しく増加する。特に注意すべきは、信号が発生した時点のチャンネルＡとＢの相関、信号の振幅、第１信号が生じた周波数範囲、信号の持続時間および何らかの順序が有るか否かである。
纏めると、図１４にマイクロフォンとして示されている変換器は不法侵入検知器の一部を構成する。システム内には複数のこの様な検知器が存在し、変換器／マイクロフォンは種々の周波数範囲、そして種々の気体に適合されているはずであるが、好適に我々は空気伝搬超低周波振動に関して述べる。図１４に描かれているように、好適に２つのＡ／Ｄ変換器は、信号を２つのチャンネル、１つは低周波チャンネルＡ（例として１−５Ｈｚ）そして１つは完全な信号範囲（事例として１−１５Ｈｚ）の残り部分用の「高周波」チャンネルＢの中に重要な分割をした後で、変換器からの電気信号からデジタル信号を提供する。図１４の下方部分に示されるプロセッサは図１に示す「ソフトウェア」と「信号認識」段を担当し、それぞれの「信号部分」内のデジタル信号特性を使用して、音を発生する事変に関する判断を提供する回路を含む。その様な回路は、図１４に例示されているように、好適にデジタル信号を２つのチャンネルから受け取り、それを更に図１の「ソフトウェア」段で示されるように処理し、次ぎに図５および１１に例として示されているように比較して、連想副ユニットに比較結果信号の組を提供する比較器回路を含む。比較器は最初比較結果信号をメモリ内に格納されているデータに対して検証し、連想副ユニットが結果信号を「記述」する適切なワードをワード表から選択出来るようにする。状態副ユニット（図１４参照）内で一連の短いワード、例えば「扉閉止」が確立された時、１つの状態が確立される。この状態副ユニットはデータをメモリ・ユニットに配信するように接続されている。更に、監視ユニットが状態ユニットに接続されていて、結果を使用者が読み取り可能なように提供する。
しかしながら、本発明の決定的な特徴はマイクロフォンからの信号を低周波と高周波の副範囲に分割し、これにより更なる処理を行うための特別基盤を提供することであると、認識することは重要である。更なる処理は種々の原理に従って実行されるであろうが、好適には此処に記述するように行われる。
図１４に、Ａ／Ｄ変換器が検知器とプロセッサとの間の別の構成要素として示されているが、これらは検知器の中または場合によってはプロセッサの中に含むことも可能である。点線で示されるようにプロセッサは、そう言うことであればフィルタ処理および増幅用のアナログ回路を含むことも可能であるが、実線は好適な事例を示している。
典型的に関心対象である音響周波数は超低周波範囲１−２０Ｈｚ、または場合によっては単に１−１５Ｈｚである。低および高副範囲の間の分割点は３から１０Ｈｚの間に設定され、好適には５から７Ｈｚの何処かである。
図１，３，４，９および１０に示されるように、低および高周波数チャンネルは信号強度に基づいて更に多数のチャンネルに分割することが可能である、すなわち信号の弱い部分および強い部分に対して異なる利得が必要である。
先に説明したように、状態副ユニットが選択された複数のワードを連想副ユニットから受け取るとき、これは先に説明したように一連のワードを確立し、一義的に時間順で確立する。しかし予め定められた階層順に基づいて、または自然の階層順を用いて、例えば文法規則に基づいて、ワードの組を編成することも可能である。
比較器が２つのチャンネル内の信号特性を比較する際、これはいくつかの異なる手法で実施される。例えば、２つのチャンネル内のエネルギー・バースト（同時発生の）の持続時間を比較するか、または２つのチャンネル内のエネルギー・バースト（少なくともいくつかはほぼ同時）の経過時間を比較する。別の異なる方法は、２つのチャンネル内のエネルギー・バースト（同時発生）における或る特定の信号単位（最大振幅など）の厳密な時刻を比較したり、または２つのチャンネル内の（ほぼ同時の）エネルギー・バーストの完全な継続時間を比較することである。更に、２つのチャンネル内の（ほぼ同時に発生する）信号バースト間の信号強度を比較したり、信号振幅を比較することも可能である。一般的に、２つのチャンネル内の入力エネルギー・バーストのシーケンスが比較される。
いくつかの不法侵入検知器で広範な領域が保護されている場合、特定の局所的事変により発生された音響または超低周波が、音が空気中を一定速度（〜３３０ｍ／秒）で伝搬し、またその発生源からの伝搬距離との関係で減衰するため、それぞれの検知器に異なる時刻および異なるエネルギー含有量で到達するという物理的事実を利用することが可能である。
本発明の１つの実施例において、１組の不法侵入検知器からの複数の信号は図１４に示すように１台のプロセッサ・ユニットに供給され、此処で先に説明したように処理が、種々の検知器に対して実行されるが、加えて「局所的地形」に基づく特別情報を利用するための、更に別のアルゴリズムが使用される。異なる検知器からの類似信号間の時間差および信号強度差の両方が、何処で元の事象が発生したかを、高度に予測する計算で使用することが可能である。１つの方法は、勿論どの検知器が信号を最初に受け取ったかの位置測定パラメータとして使用することである。この事象はその検知器のそばで発生しなければならない。
または、更に進んだ版では「三角測量」アルゴリズムを事象の発生源を更に正確に位置決めするために使用することが可能であり、例えば３カ所の異なる検知器への、相関技術を用いて、同一事象と識別された１つの事象からの音に対して、音の伝達時間を計算することにより行える。その様な方法は、例えば進行中の侵入に対して極めて正確な位置決定結果を与えるので、迅速な行動を取ることができる。
今日、不法侵入検知システムでは様々な方法が使用されている。例を挙げると；超音波、赤外線、マイクロ波、圧力変化（容積測定）、音響検知器、および超低周波検知器がある。
これらの検知技術に共通なのは、信号が閾値限界を超えると直ちに、検知器が信号を与え警報を引き起こす。これは、ピーク検知と呼ばれる。
異なる技術を組み合わせることも良く知られている。従って二重の技術または三重の技術でさえ持つことが可能であり、従って前提は、警報を発生させるひとつの信号を送る前に、これらの異なる技術の全てが成立していなければならないという事である。
従来技術において、どの原因が信号を発生させているかに関する情報を提供する検知原理、例えば扉を開けているのか押し破って入って来ているのか、または何がその信号の原因か、に関して多くを見ることは出来ない。更に、従来は信号の実際の原因を認識する検知技術を提供することは多くなされていなかった。此処で言う信号とは、どの情報がその信号を構成しているか、この情報は我々に何を告げているか、およびこの受け取られた情報を考察することによりどの結論に達するかを意味している。
圧力変化を検知するための構成に関する米国特許第５ １８５ ５９３号で開示された発明（「二重圧力変化不法侵入検知器」）が存在する。境界線の内側の空気圧を境界線の外側の圧力と比較することにより、この検知器は物理的障壁または境界線の破損を感知する。その様な破損が感知されると、検知器は１つの信号を与え、もしも保護されている領域への侵入の場合は警報を発する。
別の発明（「不法侵入警報で使用されるための誤警報確率を低減したガラス破壊センサ」）が米国特許第５ ３２３１４１号に開示されている。このセンサまたは検知器は低周波音と音響高周波音とを捕捉する。この発明は誤警報を低減することに専心している。しばしば雑音で飽和状態となり、従って誤警報を発生するマイクロフォンの有する非常に大きな問題の為、このマイクロフォンは一次音響音と同様に入力音の低周波部分を検知するように構成されている。このセンサは第１の受信された音響信号が第２の低周波信号で完成されるまで警報信号を発生する判断をしない。この発明は申請によればガラス破壊検知器では誤警報を著しく低減したと言われている。
本発明に最も近く関連する従来技術は、国際公開ＷＯ ２００６／１２３２１７Ａ１（「不法侵入検知システムならびに方法」）に開示されており、本発明の所有者に帰属している。これは種々の入力信号の信号処理に人工知能を使用し、通常のピークまたは閾値検知に比較して、誤警報の頻度の低減を図ることを意図してなされている。統計学が重要な要素として用いられている。収集された情報の異なる型式の間に相異（ｄｉｖｅｒｇｅｎｃｅ）が有る場合、信号または警報が発せられるが、これはその期間中に記録された「正常」および「異常」信号に関する統計データを処理するアルゴリズムの使用に基づいてなされる。予め定められた信号状態の出現確率の閾値レベルを適応させることにより、１つの信号または複数信号の組に隠された潜在的原因を決定することが可能となる。ＷＯ ２００６／１２３２１７Ａ１は信号特性および種々の信号間の時間関係の様な情報を使用することを記述している。
１つまたはいくつかのセンサで捕捉された信号の或る特定の合成列に関して責任のある原因を発見する仕事は複雑な仕事であり、その様な信号処理方法を更に改善する必要がある。
本発明はＷＯ ２００６／１２３２１７ Ａ１ の特徴と同様、入力信号に隠されている原因を探すことを目指しているが、手法は異なっている。
入力音響信号の或る特定の特性音質を用いて、それらの音質の原因となるかまたはそれらを導入した原因を識別することの出来る警報システムを提供することが当該目的である。
本発明において、信号の背後にある原因は、２つの異なる検知チャンネル内のデジタル的に処理された信号間の相関に基づいて確認される。
従って、本発明に依れば少なくとも１つの不法侵入検知器とそこに接続された１つのプロセッサを含む不法侵入検知システムが提供されており、この不法侵入検知器は或る周波数範囲内のガス伝搬機械振動エネルギーを感知し、それを同一周波数範囲の電気的振動エネルギーに変換するための変換器を有し、システム内にその電気的振動エネルギーを表すデジタル信号を提供するための１台のＡ／Ｄ変換器が存在する。本発明の特徴は、検知器が更に前記周波数範囲の低周波信号部分を選別しプロセッサの第１入力に供給するための低周波チャンネルと、同様に前記周波数範囲の残りの信号部分を選別しプロセッサの第２入力に供給するための高周波チャンネルとを含み、またプロセッサが低周波信号部分と残りの信号部分それぞれの中の或る特定のデジタル特性を使用して、どの事変がガス伝搬機械振動エネルギーを発生させたかの判定結果を提供するための回路を含む。
前記プロセッサは、その複数の入力に与えられた信号をデジタル的に信号処理するための手段を具備し、プロセッサは更に信号認識ユニットを含み、この中でデジタル的に処理された複数の信号が学習され格納されている信号パターンと比較される。
検知器およびプロセッサのいずれも、低周波および高周波チャンネルを、高利得フィルタ処理、低利得フィルタ処理および周波数成分に基づいて更に複数のチャンネルに分割するように適合されている。
Ａ／Ｄ変換器は検知器内に含まれていても構わない。
低周波チャンネルは約１−５Ｈｚの周波数副範囲内の信号を処理するチャンネルであり、一方高周波チャンネルは約５−２０Ｈｚの周波数副範囲内の信号を処理するチャンネルである。
本発明の１つの好適な実施例において、プロセッサ回路は、
− 低周波信号部分内の或る特定の信号特性を、残りの信号部分内の類似のデジタル信号特性と比較し、また比較結果信号の組を更に処理するために、更に別のプロセッサ副ユニットに提供するための比較器と、
− 前記更に別のプロセッサ副ユニットのうちで、比較結果信号とワード（ｗｏｒｄ）表から選択された１つのワードとの間の連想を確立するための連想副ユニット、および
− 選択されたワードに基づいて１つの状態を確立するための状態副ユニット、を含む。
この文脈の中で、「ワード（ｗｏｒｄ）」の意味は通常の意味を越えて拡張されていることを理解されたい。此処で「ワード」は自然言語、記号（例えば、中国語または日本語記号）、または数字さえも考えられる。
本発明の１つの好適な実施例において、状態副ユニットは更に、予め定められたものまたは自然な序列に基づいて、選択されたワードを編成するように動作する。
別の実施例において、連想副ユニットはワード選択基準が適合しない場合、その判定基準を最も満たす近接した比較結果信号に関連する１つのワードを自動的に選択するように動作する。
１つの実施例において、比較器は低周波信号部分内の入力エネルギー・バースト内のシーケンスを残りの信号部分内のシーケンスと比較するように適合されている。
別の実施例において、比較器は低周波信号部分内の入力エネルギー・バースト内の持続時間を残りの信号部分内の持続時間と比較するように適合されている。
更に別の実施例において、比較器は低周波信号部分内の入力エネルギー・バースト内の時間周期を残りの信号部分内の時間周期と比較するように適合されている。
別の実施例において、比較器は低周波信号部分内の入力エネルギー・バースト内の或る特定信号事象、例えば絶対最大振幅等、の事象回数を残りの信号部分の事象回数と比較するように適合されている。
更に別の実施例において、比較器は低周波信号部分内の入力エネルギー・バースト内の完全な連続の持続時間を残りの信号部分内のその様な持続時間と比較するように適合されている。
更に別の実施例において、比較器は低周波信号部分内の入力エネルギー・バースト内の信号強度（ｓｉｇｎａｌ ｓｔｒｅｎｇｔｈ）を残りの信号部分内の信号強度と比較するように適合されている。
更に別の実施例において、比較器は低周波信号部分内の入力エネルギー・バースト内の信号振幅（ｓｉｇｎａｌ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）を残りの信号部分内の信号振幅と比較するように適合されている。
以下の詳細な説明の中で、本発明がいくつかの例示実施例を通して添付図を参照しながら解明されるであろう。
図１は本発明の好適な実施例に基づく検知プロセスを記述する流れ図である。 図２は信号の原因として風で捉えられた、超低周波信号のアナログ表示を示すグラフである。 図３は、低周波チャンネル内の、図２と同じ風に起因する信号に対する更なる処理段階を示す。 図４は、「高周波」チャンネルに於ける、図３と類似の処理段階を示す。 図５は、入力（風）信号の特性を識別するために、その中で低および高周波チャンネルからのデジタル的に処理された信号が比較または相関を取られるようにしているグラフである。 図６は、相関処理の結果を表す棒グラフである。 図７は、図６の棒グラフに密接に関係する活動要因図（ａｃｔｉｖｉｔｙ ｃｈａｒｔ）であり、可能性のある活動／事件を示し、警報または信号を発生させる結果となるその様な活動を設定するためのものである。 図８−１３は、図２−７と全く同じ順序の図で構成されており、捕捉された信号の原因が不法侵入事変である。 図１４は、本発明のシステムの基本実施例をブロック図形式で示す。
本発明は物理的障壁に対する全ての侵害、例えば不法侵入、または境界線を囲む物理的構造または構成に影響を与える事変、または風、降雨の様な環境により引き起こされる事変、に関連して発生する信号を認識しかつ信号の特性化を行うことを特定目的とする。更に詳細には、信号「源」は全ての外部雑音（機械、交通等）、風、衝突、扉／窓の開／閉、侵入（侵害、ガラスまたはその他の物質の破壊）および全ての未確認音源が考えられる。関心対象は、建物、全ての種類の車両、コンテナ、飛行機、ヘリコプタまたは最終的には境界線または領域を保護する必要のあるその他の構成要素からなる境界線の安全を保証することである。環境の物理的変化をもたらす全ての事変はエネルギーを放出し、環境およびエネルギー内のこれらの変化は、先に説明したように定められた領域を囲む構造上で音響効果の中に或る特定の特性を与える。
好適に、情報は超低周波（場合によっては圧力または体積変化と表現される）からマイクロフォン／変換器を通して収集される。超低周波は２０Ｈｚ未満の音であり、超低周波を使用する際にはより高い音響周波数はフィルタで濾波される。しかしながら、本発明は超低周波に限定されるのではなく、任意の音響周波数範囲を含むものである。デジタル方式の検知処理から信号を抽出することにより、元の検知された信号を認識しかつ特徴付け、それによりその信号の発生源または原因を決定することが可能である。
図１および図１４を参照すると、音（好適に超低周波）はマイクロフォンから２つのチャンネル、チャンネルＡおよびＢに分配され、これらのチャンネルはそれらの信号を処理するために、最初に更に２つまたはそれ以上の副チャンネルに分割されている。チャンネルＡ（また「動き」とも名付けられる）は典型的に、周波数範囲１−５Ｈｚからの信号を捕捉し、そしてチャンネルＢ（また「衝撃」とも名付けられる）は、範囲５−１５Ｈｚの周波数を捕捉する。この分配は単なる事例であり、例えばチャンネルＡを１−７ＨｚそしてチャンネルＢを７−１５／２０Ｈｚに適合させることも可能である。これらの信号は最初、濾波および増幅の処理がなされる。チャンネルＡは信号を低利得および高利得分岐に分割し、同様にチャンネルＢは信号を低利得および高利得分岐に分割する。各チャンネル内の最も弱い信号は、取り扱い可能とするように増幅される。
次ぎにチャンネルＡ内の複数の信号が１つの信号に集合され、またチャンネルＢ内の複数の信号が同様の処理をなされ、その後チャンネル（ＡおよびＢ）の両方がＡ／Ｄ変換器によってデジタル形式に変換される。デジタル化処理をマイクロフォン／変換器の直後に、またはその内部で行うことさえも可能であるが、今日現在、信号の最も信頼性の高い処理は先に説明し、またこれから以降に説明する方法でなされている。
デジタル化処理が実行される際に、２つのチャンネルが有ってそれぞれ更に次ぎの処理を行うために各々デジタル信号を与える。図１に示される実施例において、低周波チャンネル（Ａ）および高周波チャンネル（Ｂ）は共にピーク・トゥ・ピーク（ｐｅａｋ ｔｏ ｐｅａｋ）で０．０２−２０ボルトのダイナミック・レンジを有する信号を処理する。しかしながら、別のレンジを選択することも可能であり、例えば０．０１−１０ボルト、または０．０１−１００ボルトも選定できる。次ぎに、これらの信号はデジタル信号処理器（ＤＳＰ ：ｄｉｇｉｔａｌ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）に通される。ＤＳＰ処理において、信号の或る特定の予め定められた特性を１つだけ選び出し、以下に例示するように、特定の特性に関する２つのチャンネルを比較するために、種々のアルゴリズムが使用される。この処理はプロセッサの比較器部分で実行され、なかんずく、信号強度、信号バーストの持続時間、信号バーストの間隔、および各チャンネルＡおよびＢそれぞれ内での信号バースト発生間隔などを含む。
次ぎに、信号認識が、例えば比較結果を先に学習され格納されているデータと、特別なアルゴリズムに基づいて相関を取ることにより実行される。その様な信号認識処理に基づき、１つの「状態」が与えられ、どの型式の原音響信号が検知されたかを示す。図１の下部「ボックス」は、識別される可能性があり、また状態として設定されるいくつかの原因例を示している。その様な「状態」は従って、原音響信号が雑音（例えば車両の通過）、風、送風機または空調機、振動、降水（例えば降雨）、扉または窓またはその他の構造物に対する衝撃、扉／窓の開放、扉／窓の閉止または物理的構造の破損（不法侵入）等のいずれであるか識別する。これらの状態／原因のいくつかは警報には至らず、「普通（ｐｌａｉｎ）」の箱内に表示され、一方例えば「扉開放」、「不法侵入」および「未確認」は警報を発生し、特別な印を付けられた箱の中に表示される。例えば「扉開放」は警報を発生する必要のある状態では無いが、示されている実施例では高い安全保障水準を維持するように選択されていることに注意されたい。
「未確認」カテゴリーは、例えば以前に格納されたデータとの比較で妥当な相関が得られなかった場合の状態である。その様な状態はほとんどの場合、警報を正当なものとする状態として定義される。
「信号バースト」は音響／超低周波エネルギーの入力「パッケージ」として定義され、それらのバースの間の入力パワーは予め定められた値未満か、または自動的に調整可能な水準にある。
例えば、人は扉が開けられたか否かは最初の動きを「高周波」範囲（５−１５Ｈｚ）で検知することで知り、これは扉が扉枠から掛け金を外され／離れた際に発生し、低周波範囲（１−５Ｈｚ）でかすかな動き（音響）が続く。一方、扉が閉じられる際には、人は最初にかすかな動き（音響）を周波数範囲１−５Ｈｚで検知し、扉が扉枠に当たった際に衝撃（５−１５Ｈｚ）が続く。徹底するのであれば、鍵で錠を回す音を、我々が聞く音に耳を傾けることなく「聞いて」識別することも、その音は２０Ｈｚ以上であるが、この動きの超低周波を実際に検知することにより可能であろう。その様な検知を行う際の唯一の制約は、低周波がどれだけ増幅出来るかである。
プロセッサは好適にメモリを含み、これは受信されたデジタル信号をある一定期間に渡って格納し、その様にして以前に検知された信号と特性とを認識する。これは情報としてまたシステム自体内部での検知プロセスを通しての相関として、および／または監視側で人がどの種類の活動がどの時間に発生したかを識別したいと望む際の情報として使用される。検知プロセスが判定した信号に対して、ワード、符号または番号を付けることが好適である。従って、警報信号が発せられるべき事例に対して指令を確立すること、または与えられた情報に基づきその信号が別の行動を開始されるか否かを決めることが可能である。この例として；貴方がある領域の扉が開けられたか否かを知りたいと欲し、貴方が信号「扉開放」を、信号処理がこれをこの信号の特性に基づいて判定した際に受信することを選択するか、または貴方が「扉閉止」を選ぶ場合、検知プロセスがこれを確認すると、この信号は表示器または音源のいずれか指定されたものに転送されるか、または警報を引き起こす。または、状況によっては、振動、衝撃などの全ての外部の緊張をただ記録するだけで、侵入が行われたと判定されるまで、警報に導くいずれの信号も与えないようにするのが利益に繋がる場合もある。
プロセッサ内の比較器ユニットで比較結果が確立された際に、この結果信号は以前に既知の事象型式と関連づけられ、またワード表内でワード、符号または番号（此処で「ワード」と総称する）の組と関連づけられているデータの格納されている組と比較される。比較結果信号と最善の「一致」を与える、格納されたデータに関連する１つのワードが選択される。
例えば、結果信号の持続時間と周波数パラメータはデータの或る１つの特定の格納された組との一致を与えるが、信号強度が一致しない場合、信号強度には低い優先順位が与えられ、一致は「ほとんど判定基準を満たす」ケースとして、すなわち「隣接比較結果信号」に属する１つのワードが自動的に選択される。
信号バーストのシーケンスの結果として、または入力音響信号を２つの異なるチャンネル（低および「高」周波数）に分割した結果として、いくつかのワードが与えられる場合がある。その様な複数のワードは、最終的に原信号の状態を与えるために使用され、それによりその原信号の背後にある原因を識別する。
従って、別の表現をすると、検知プロセスは判定基準に一致したことで原因が決定された後、信号の分類を行うと言える。判定基準の全てが満たされない場合、優先順位に応じて、判定を完了させるために完全な要求された情報を満たす最も近い分類に、その信号を送るように選択する。
プロセッサは、先に説明したように、どの信号が警報を発するために送られるかに関して予めプログラムされているが、特性の形式で登録されている活動と信号認識がその領域内での進行中の特性から逸脱する場合、警報を発する信号を送るようにも判断できる。
特に商業施設では、その敷地上でまたは全ての物理的構造に衝撃を与えた信号または原因を呼び出して識別できるようにすることは、大いに関心がありまた価値のあることと思われる。これは不法侵入および損害を与える挙動のような活動に限定されるものでは無い。全体として、これは構造および建物等の様な建築物に衝撃を与える原因または事象の有意義な情報を提供するはずである。これは加えてその様な施設の株主や保険会社に更なる価値をもたらし、第２または第３者によってもたらされる活動に関係する不必要なコストを防止するはずである。その様なシステムを採用することにより、これは多くの状況に於いてＣＣＴＶの代わりとなるであろうが、それは収集されるほとんどの情報が直接「それを見る」必要なく与えられるからである。
次ぎに図２−１３を参照する：
図２は変換器で捕捉されたアナログ超低周波信号を示す。この特定の信号は風で引き起こされた活動を検知している。
図３は、異なる処理をするために分割された、チャンネルＡ（低周波１−５Ｈｚ）を示すグラフであり、図２のアナログ信号から開始して、その信号を分割し、低利得アナログ・フィルタには信号が見られず、高利得アナログ・フィルタには信号を受信し、これらの信号を１つの信号に再結合し、次ぎに信号をデジタル化して信号周波数、振幅、継続時間および開始時点を計算して読み取る。これらの図はまた、信号を複数チャンネルに高／低ＡおよびＢに分割することも示しており、また現場での環境に自動的に適合するまで、これらの信号の取り扱いを容易にするため、現在例えば２ボルトのオフセットを有している。
図４は図３と同様の処理を示しているが、チャンネルＢ（高周波５−１５Ｈｚ）に対するものである。
図５はチャンネルＡおよびチャンネルＢからの信号の相関が取られた際のデジタル信号処理（ＤＳＰ）を示すグラフであり、我々はどのチャンネルで信号が最初に発生したか、それが最初に発生した強度、チャンネルＡおよびチャンネルＢからの信号間の時間を知ることが出来、これはそれらの信号の特性を識別することを可能とする。この特定信号において、各々のチャンネル内で最初の信号発生の時間差が無いことが判る。また、我々は両チャンネルに於いて、振幅が非常に小さく、またそれが長時間に渡って著しく変化することなく継続していることが判る。活動の特性は常に同じであるが、強度は変化する、すなわち扉が注意深く開けられるか、普通にまたは乱暴に開けられるかに関わらず、それは常に最初高い信号で開始し（我々が一番力を使う時）、そして滑らかな信号が続く。これは要約すると、信号をどれだけ増幅するかである。
図６は、我々の計算後の信号の確かさを示す図表であり、検知された信号の結果である。我々が検知された信号に対して自信が無い場合、アルゴリズムは自動的に要求を満たす最も近い判断を選択する。図の下部に述べられている原因のいくつかを、以下に説明する。
図７は検知された活動を表示する図表であり、此処で我々は検知すべき活動を決定する、すなわち検知器に対する設定を予め定義する。これはＩＰラインを通してワードまたは信号として転送されるか、または何らかの予め設定された活動が識別された場合にのみ警報を与えるように選択したものである。図はまた我々が検知したい原因の階層を或る特定の順番で定める例でもある。階層付けリストは「推論された活動」と呼ばれる。一例を挙げると、「非侵入者」の様な活動は、非常に弱い信号を発生する活動であり、これを我々は非事象と考える。「学習済み」は、その特定現場から以前に得られた検知信号に基づき、システムが正常と認識し現場で継続中の活動の信号であり、「換気」は換気扇または空調機等、で引き起こされた動きであり警報として追跡する興味のあるものではなく、「風」もまた応答する関心を示す動きでは無い。仮にその様な事象、例えば換気、風等に反応すべき関心が有る場合は、我々はこの原因の状態を活性化または強化してその様に実行するように選択する。
図８は侵入（不法侵入）により引き起こされたアナログ超低周波信号である。
図９−図１３は、風の状態に対して図１−図７で実施したものと同じ処理を、侵入状態に対して示したものである。これらの図が示すように、信号は物理的衝撃で引き起こされた状況の所で、著しく増加する。特に注意すべきは、信号が発生した時点のチャンネルＡとＢの相関、信号の振幅、第１信号が生じた周波数範囲、信号の持続時間および何らかの順序が有るか否かである。
纏めると、図１４にマイクロフォンとして示されている変換器は不法侵入検知器の一部を構成する。システム内には複数のこの様な検知器が存在し、変換器／マイクロフォンは種々の周波数範囲、そして種々の気体に適合されているはずであるが、好適に我々は空気伝搬超低周波振動に関して述べる。図１４に描かれているように、好適に２つのＡ／Ｄ変換器は、信号を２つのチャンネル、１つは低周波チャンネルＡ（例として１−５Ｈｚ）そして１つは完全な信号範囲（事例として１−１５Ｈｚ）の残り部分用の「高周波」チャンネルＢの中に重要な分割をした後で、変換器からの電気信号からデジタル信号を提供する。図１４の下方部分に示されるプロセッサは図１に示す「ソフトウェア」と「信号認識」段を担当し、それぞれの「信号部分」内のデジタル信号特性を使用して、音を発生する事変に関する判断を提供する回路を含む。その様な回路は、図１４に例示されているように、好適にデジタル信号を２つのチャンネルから受け取り、それを更に図１の「ソフトウェア」段で示されるように処理し、次ぎに図５および１１に例として示されているように比較して、連想副ユニットに比較結果信号の組を提供する比較器回路を含む。比較器は最初比較結果信号をメモリ内に格納されているデータに対して検証し、連想副ユニットが結果信号を「記述」する適切なワードをワード表から選択出来るようにする。状態副ユニット（図１４参照）内で一連の短いワード、例えば「扉閉止」が確立された時、１つの状態が確立される。この状態副ユニットはデータをメモリ・ユニットに配信するように接続されている。更に、監視ユニットが状態ユニットに接続されていて、結果を使用者が読み取り可能なように提供する。
しかしながら、本発明の決定的な特徴はマイクロフォンからの信号を低周波と高周波の副範囲に分割し、これにより更なる処理を行うための特別基盤を提供することであると、認識することは重要である。更なる処理は種々の原理に従って実行されるであろうが、好適には此処に記述するように行われる。
図１４に、Ａ／Ｄ変換器が検知器とプロセッサとの間の別の構成要素として示されているが、これらは検知器の中または場合によってはプロセッサの中に含むことも可能である。点線で示されるようにプロセッサは、そう言うことであればフィルタ処理および増幅用のアナログ回路を含むことも可能であるが、実線は好適な事例を示している。
典型的に関心対象である音響周波数は超低周波範囲１−２０Ｈｚ、または場合によっては単に１−１５Ｈｚである。低および高副範囲の間の分割点は３から１０Ｈｚの間に設定され、好適には５から７Ｈｚの何処かである。
図１，３，４，９および１０に示されるように、低および高周波数チャンネルは信号強度に基づいて更に多数のチャンネルに分割することが可能である、すなわち信号の弱い部分および強い部分に対して異なる利得が必要である。
先に説明したように、状態副ユニットが選択された複数のワードを連想副ユニットから受け取るとき、これは先に説明したように一連のワードを確立し、一義的に時間順で確立する。しかし予め定められた階層順に基づいて、または自然の階層順を用いて、例えば文法規則に基づいて、ワードの組を編成することも可能である。
比較器が２つのチャンネル内の信号特性を比較する際、これはいくつかの異なる手法で実施される。例えば、２つのチャンネル内のエネルギー・バースト（同時発生の）の持続時間を比較するか、または２つのチャンネル内のエネルギー・バースト（少なくともいくつかはほぼ同時）の経過時間を比較する。別の異なる方法は、２つのチャンネル内のエネルギー・バースト（同時発生）における或る特定の信号単位（最大振幅など）の厳密な時刻を比較したり、または２つのチャンネル内の（ほぼ同時の）エネルギー・バーストの完全な継続時間を比較することである。更に、２つのチャンネル内の（ほぼ同時に発生する）信号バースト間の信号強度を比較したり、信号振幅を比較することも可能である。一般的に、２つのチャンネル内の入力エネルギー・バーストのシーケンスが比較される。
いくつかの不法侵入検知器で広範な領域が保護されている場合、特定の局所的事変により発生された音響または超低周波が、音が空気中を一定速度（〜３３０ｍ／秒）で伝搬し、またその発生源からの伝搬距離との関係で減衰するため、それぞれの検知器に異なる時刻および異なるエネルギー含有量で到達するという物理的事実を利用することが可能である。
本発明の１つの実施例において、１組の不法侵入検知器からの複数の信号は図１４に示すように１台のプロセッサ・ユニットに供給され、此処で先に説明したように処理が、種々の検知器に対して実行されるが、加えて「局所的地形」に基づく特別情報を利用するための、更に別のアルゴリズムが使用される。異なる検知器からの類似信号間の時間差および信号強度差の両方が、何処で元の事象が発生したかを、高度に予測する計算で使用することが可能である。１つの方法は、勿論どの検知器が信号を最初に受け取ったかの位置測定パラメータとして使用することである。この事象はその検知器のそばで発生しなければならない。
または、更に進んだ版では「三角測量」アルゴリズムを事象の発生源を更に正確に位置決めするために使用することが可能であり、例えば３カ所の異なる検知器への、相関技術を用いて、同一事象と識別された１つの事象からの音に対して、音の伝達時間を計算することにより行える。その様な方法は、例えば進行中の侵入に対して極めて正確な位置決定結果を与えるので、迅速な行動を取ることができる。

Claims (14)

  1. 少なくとも１つの不法侵入検知器とそこに接続された１つのプロセッサとを含む不法侵入検知システムであって、前記不法侵入検知器は或る特定周波数範囲の気体伝搬機械エネルギー振動エネルギーを捕捉し、それを同一周波数範囲の電気信号に変換するための変換器と、前記システム内に有って前記電気振動エネルギーを表すデジタル信号を提供するためのＡ／Ｄ変換器を有し、
    −前記検知器が更に、前記周波数範囲の低周波信号部分を選別し、前記プロセッサの第１入力に供給するための低周波チャンネルと、同様に前記周波数範囲の残りの信号部分を選別し、前記プロセッサの第２入力に供給するための高周波チャンネルとを含み、
    −前記プロセッサがその入力に与えられた信号を、デジタル的に信号処理するための手段を具備し、
    −プロセッサが更に、その中でデジタル的に処理された信号が学習され格納されている信号パターンと比較されるための、信号認識ユニットを含むことを特徴とする、前記不法侵入検知システム。
  2. 請求項１記載の不法侵入検知システムにおいて、
    前記検知器および前記プロセッサのいずれかが、前記低周波および高周波チャンネルを更に複数のチャンネルに、高利得フィルタ処理、低利得フィルタ処理および周波数内容に分割するように適合されていることを特徴とする、前記不法侵入検知システム。
  3. 請求項１記載の不法侵入検知システムにおいて、
    前記検知器が前記Ａ／Ｄ変換器を含むことを特徴とする、前記不法侵入検知システム。
  4. 請求項１記載の不法侵入検知システムにおいて、
    前記低周波チャンネルが、約１−５Ｈｚの周波数副範囲の信号を処理するチャンネルであり、一方前記高周波チャンネルが、約５−２０Ｈｚの周波数副範囲の信号を処理するチャンネルであることを特徴とする、前記不法侵入検知システム。
  5. 請求項１記載の不法侵入システムにおいて、前記回路が、
    −低周波信号部内の或る特定デジタル信号特性を、残りの信号部分内の類似のデジタル信号特性と比較し、比較結果信号を更に別の処理をするために、プロセッサ副ユニットに提供するための比較器と、
    −前記更に別のプロセッサ副ユニットの中でも、比較結果信号とワード表から選択された１つのワードとの間の連想を確立するための連想副ユニットと、選択されたワードに基づいて１つの状態を確立するための状態副ユニットを含むことを特徴とする、前記不法侵入システム。
  6. 請求項５記載の不法侵入検知システムにおいて、
    前記状態副ユニットが更に、予め定められたものか自然に定められたものか、いずれかの階層順序に基づいて選択されたワードを編成するように動作可能であることを特徴とする、前記不法侵入検知システム。
  7. 請求項５記載の不法侵入検知システムにおいて、
    前記連想副ユニットが１つのワード選択基準に一致しない場合、その基準を最も満たす、隣接の比較結果信号に関連する１つのワードを自動的に選択するように動作可能であることを特徴とする、前記不法侵入検知システム。
  8. 請求項２記載の不法侵入検知システムにおいて、
    前記比較器が、低周波信号部分内の入力エネルギー・バースト内のシーケンスを残りの信号部分内のシーケンスと比較するように適合されていることを特徴とする、前記不法侵入検知システム。
  9. 請求項５記載の不法侵入検知システムにおいて、
    前記比較器が、低周波信号部分内の入力エネルギー・バーストの持続時間を、残りの信号部分の持続時間と比較するように適合されていることを特徴とする、前記不法侵入検知システム。
  10. 請求項５記載の不法侵入検知システムにおいて、
    前記比較器が、低周波信号部分内の入力エネルギー・バーストの時間間隔を、残りの信号部分の時間間隔と比較するように適合されていることを特徴とする、前記不法侵入検知システム。
  11. 請求項５記載の不法侵入検知システムにおいて、
    前記比較器が、低周波信号部分内の入力エネルギー・バースト内の或る特定信号事象、例えば絶対最大振幅、の事象回数を、残りの信号部分の事象回数と比較するように適合されていることを特徴とする、前記不法侵入検知システム。
  12. 請求項５記載の不法侵入検知システムにおいて、
    前記比較器が、低周波信号部分内の入力エネルギー・バーストの完全に連続した継続時間を、残りの信号部分のその様な継続時間と比較するように適合されていることを特徴とする、前記不法侵入検知システム。
  13. 請求項５記載の不法侵入検知システムにおいて、
    前記比較器が、低周波信号部分内の入力エネルギー・バーストの信号強度を、残りの信号部分の信号強度と比較するように適合されていることを特徴とする、前記不法侵入検知システム。
  14. 請求項５記載の不法侵入検知システムにおいて、
    前記比較器が、低周波信号部分内の入力エネルギー・バーストの信号振幅を、残りの信号部分の信号振幅と比較するように適合されていることを特徴とする、前記不法侵入検知システム。
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