JPS63172398A - 車両の侵入検出・確認装置 - Google Patents

車両の侵入検出・確認装置

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JPS63172398A
JPS63172398A JP62321598A JP32159887A JPS63172398A JP S63172398 A JPS63172398 A JP S63172398A JP 62321598 A JP62321598 A JP 62321598A JP 32159887 A JP32159887 A JP 32159887A JP S63172398 A JPS63172398 A JP S63172398A
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  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は陸上車両が基準面(reference pl
ane)を通過する場合にこれらの陸上車両の侵入を検
出しかつ識別する装置に関連し、これは上記の基準面で
受動赤外線放射を検出する狭い検出ビームを集束する光
学的システム、スペクトル分析帯域の選択を許容するフ
ィルタ、および上記の光学的システムの焦点面に配列さ
れた少なくとも1つの検出器を具えている。
この装置は民間の使用あるいは軍用の使用に適している
。さらに特定すると、それは移動車両の一般形状、特に
それらの若干の特性要素間のプロポーションであって、
かつそれが移動する速度あるいは方向でないものを識別
するために設計されている。例えば、駐車場を出入する
車両のタイプをあるいは所与の道路上かそれとも工場の
構内等を一般に運行しない車両を識別するために使用さ
れている。軍用目的の使用は別のピックアップ装置ある
いはセンサと組合されて対戦車トラップ(anti−t
ank traρ)用の自動的光スイツチオン命令(a
utomatic light 5w1tch−on 
command)の処理で使用されている装置からなっ
ている。受動赤外線放射検出器(さらに特定するとピエ
ゾ電気検出器)を用いて対象あるいは人間あるいは車両
を検出する原理は知られており、かつ例えば受動赤外線
放射(IR−P; passive 1nfrared
 radi’ation)が狭い検出ビーム中の対象に
よって伝達される場合に開扉を自動的にトリガするため
に使用されている。特に欧州特許第0065159号は
スペースに入る権限の無い人間の赤外線熱放射を利用し
、かつ放射線受信器がピエゾ電気素子であるスペース監
視用移動検出器を開示している。受動赤外線検出器(I
R−P)はドツプラーレーダー装置であることがますま
す好ましく、それは偽りのアラームに非常に敏感であり
、かつそれらが伝達する電磁放射にょっ検出でき、ドツ
プラーレーダーは軍用に対する欠点の構成要素となって
いる。パイロ電気検出器は使用するのに簡単である。と
言うのは、それは何らの冷却を必要とせず、かつそれ以
上になると検出器の熱雑音が探索された有用信号に対し
て優勢になる最大数IQm(some dozens 
of meters)の領域の検出に適しているという
事実によってである。
前述のことは検出ビーム中のあつぃ対象の存在あるいは
不存在以外の何の情報を供給しない簡単な検出に関連し
ている。他方、赤外線熱図形システム(infrare
d thermographical system)
は既知であり、それは熱カメラ(thermal ca
mera)とテレビジョンモニタを用いた、数kmの距
離にありかつ数10のコントラストレベルを持つ視野の
受動赤外線放射から影像を得ることを可能ならしめてい
る。
しかし検出器の冷却に必要とするそのようなシステムは
複雑かつ高価である。
本発明の目的は受動赤外線検出器を用いて簡単化された
熱影像装置による移動車両の識別を実行することである
冒頭の記事で規定された侵入検出・識別装置は、各検出
器が増幅されかつフィルタされた信号をアナログ処理す
る第1チェーンを伴い、かつ上記の第1チェーンに引続
いてサンプル・アンド・ホールド手段を含みかつ車台(
undercarriage)の各回転要素が識別し得
る特性パルスの形状を仮定することによって時間の関数
としての曲線の形で上記の信号処理手段によって少なく
とも上記の車両の車台が復元されるようにサンプルを処
理する第2ディジタル信号処理チェーンをさらに具える
ことを特徴とするという事実のお陰でこの目的は達成さ
れている。
本発明は車両の車台の回転要素がこの車両の移動の間に
摩擦および/または弾性変形による加熱性を有するとい
う事実を利用している。
車両の速度あるいは基準面に対してそれが示す角度は車
両が基準面と交差するために必要とされる時間すなわち
曲線の横座標のスケールに影響する。しかし、曲線の異
なる特性パルス間の相対偏差間の比はこの相似中に保存
されている。これらの比はその容積と組合されて、所望
の識別を可能にする特定の形状をとりわけ表わしている
さらに、検出ビームの方位分解能はそれが非常に小さい
車両では不充分であることを証明するように最少値に物
理的に制限されており、従って識別すべき車両のクラス
から小型車両および人間をまた省略することが可能であ
る。この点について、装置の有利な実施例は、最大予想
観測距離においてかつ上記の車両が上記の基準面に対し
てそれ自身を示すすべての予想角度に対して、車台の2
つの隣接回転要素間の距離が各検出器によって決定され
るようになっている上記の受動赤外線放射の方位開口ビ
ームを特徴としている。
そのような大きな寸法の監視ゾーンに対して、本発明の
装置は数mから数10mの間からなるレンジ窓で機能す
るように設計されなくてはならない。
これらの条件の下で、有利で実施例は、基準面において
数度程度の各視角θs/nを有するn個の隣接検出サブ
ビームを規定するようにお互いに垂直かつ隣接して配列
されているパイロ電気検出器を具え、上記のビームの視
角θ3が約1mの高さに位置している基準面の水平ライ
ンから大地に向かう方向にとられていることを特徴とし
ている。
車両が基準面を通過する場合の車両の距離に依存して、
その車台は1つあるいはいくつかの検出サブビームで検
出され、これは全車台を同時に検出することおよび車両
に対する距離の表示を得ることを可能にしている。
添付図面を参照して実例によって与えられている以下の
説明はいかにして本発明が実行できるかを良く理解させ
るであろう。
第1図は本発明による検出および監視装置を示している
。この装置は固定位置すなわちサイト202にマウント
され、かつ第2a図に示されているように光学的システ
ムを具え、それによって少なくとも1つの検出器に受動
赤外線放射(IP−P)を検出する狭い検出ビームを集
束することが可能である。
横断方向から見て、検出ビーム203は約1mの高さに
位置している点02から発生する。■から数10度の程
度の視角θsは実質的に水平なライン204によって制
限され、かつ下向きの斜線205とビーム203の対称
軸206は数mから数10mの間で大地にぶつかる斜線
である。示されていない方位角θ9はIから10分の数
度程度である。
以下は第2a図および第2b図の侵入検出システムを参
照して与えられた説明であり、ここで検出は装置201
を具える受動赤外線センサによって実行されている。ビ
ーム203は以下の要素から得られている。すなわち、 その焦点距離f1その開口、およびその先軸206を特
徴とする光学的システム208、光学的システム208
の焦点面に具えられた検出器IR−Pのネットワーク2
09であって、これはその寸法ならびに光学的システム
208の焦点距離fと組合された相対配列が検出ビーム
203によって構成された分析場(field of 
analysis)を与える赤外線分析帯域で使用され
た放射に対して敏感である赤外線検出器211.212
.213.214のアレイによって構成されている。こ
れについて検出器ネットワーク209に唯一の検出器を
使用することが可能であることに注意すべきである。検
出器はパイロ電気検出器であることが好ましく、これは
波長1μmと15μmの間の電磁帯域の放射に対して敏
感である。適当な検出器は例えば検出器RPY94或い
はRPY98であって、その寸法は約11D111X2
+11111であり、英国のマラード(Mullard
)社によって製造されている。例えば3μmと14μm
の間、好ましくは8μmと12μmの間のスペクトル分
析帯域はフィルタ210を用いて選択することができる
その立体分析角がθS・θgであるビーム203は例え
ば第2a図に示されているように、軸206 と方位ビ
ーム開口θ、と視角開口θ、In (ここでnは選ばれ
た例では4に等しい)を具える垂直基準面中のn個の隣
接サブビームによって形成されている。
ネットワーク209の各検出器は第2b図に示されたよ
うなアナログ信号処理チェーンを伴っているqこのチェ
ーンは、検出器211.212.213.214のうち
の1つを表わす検出器216、前置増幅器217、増幅
器218および帯域通過フィルタ219の縦続配列から
なっている。フィルタ219は電圧V216 (あルイ
1tV2++、 V212. V213、V2t4CD
イずれか)を供給する。この処理チェーンの全通過帯域
はそれを直流成分に鈍感にするために10分の数Hz 
(代表的には0.5Hz) と、好ましくは基準面Uに
交差する車両を考慮するのに必要な最大変調周波数に対
応する数10Hz(代表的には50 Hz)の間からな
っている。光学的システム208、フィルタ2101検
出器216およびその増幅・フィルタリングチェーンに
よって構成された組立体は1Kより少ない等価雑音温度
差(N137口: noise−equivalent
 temperaturedifference)を持
っている。
本発明の目的でありかつ本発明によって実現された簡単
化された赤外線分析は、昼間ならびに夜間にわたり、検
査ビーム203と交差するある数の特定の1つ(あるい
は複数の)車両を得、それらを識別するか、あるいはそ
れが軍用目的に使用される場合にはそれらを破棄すべき
対象のカテゴリにクラス分けするかしないことである。
後者の場合、この分析は車両が通過する距離およびその
速度がうまく行われるようにあるテストのあとで得られ
ている。
装置201を設計する場合に考慮された規準は次のよう
なものである。すなわち、 装置に接近している車両は自動車であり、かつこの配列
に殆ど対面しない。ビームあるいは隣接サブビーム20
3は、たとえそれ等が固定であっても、その側面に沿っ
て長さ方向に分析を実行するために車両の始動を有利に
使用している。
基準面Uに到達する車両は長時間運転され、車両が軌道
を有するかあるいはタイヤを有する場合の双方で、それ
らの車台の温度は上昇しているであろう。  ゛ 地面に非常に近い装置201の位置は、示されていない
車両の通路と基準面Uとの間の角度εの値に無関係に、
車両がそれを通過する全時間で車体の下部がビーム20
3中に留まるようになっており、ここで角度εは45°
と135@の間であると仮定されている。
分析すべきビームを検出する検出器は直流成分に対して
敏感ではなく、これはいくつかの以下のような結果であ
る。すなわち、一方では、例えば太陽によって生成され
たような環境内で非常にゆっくり展開する赤外線現象は
妨害されない。他方では、車両上の定温度ゾーンは何の
信号も生成せず、遷移だけが計数される。車両の車台は
遷移の属性特性(characteristic at
t−ribute)である。
第3図のようなタイヤを持つ車両に関連する場合、タイ
ヤ221.222は摩擦と変形によって加熱される。こ
れらのタイヤ(代表的にはトラック当り3)は殆ど組込
まれず、それは前部(221)において車輪が方向を決
めかつ要求された側面公差(late−ral tol
erance)とタイヤを車体の完全に後方に統合でき
ないからであり、かつ後部(222)においてタイヤが
容易にアクセスできるようにカバーされないからである
第4図のような軌道224を有する車両に対して、車体
の下部は一般には6より多い多数のローラー223によ
って形成されている。これらの軌道がこれらのローラー
にわたって動く場合に摩擦が起り、これはその結果とし
て軌道の周辺部分が著しい見掛は温度(apparen
t temperature)まで加熱されることにな
る。これらのローラーは広い範囲の公差を有する懸架装
置を備えているから、それらは側面カバーによって全く
隠すことはできない。便宜上、第3図と第4図では映像
反転(cinematicinversion)が行わ
れており、それに従って大地202と水平ライン204
が含まれている水平面PH(horizontal p
lane)の間で(第1図)、車両の下部に沿って矢印
226によって示された方向に検出器の仮想映像(vi
rtual image)が動くものと仮定され、実運
動(real movement) は反対方向である
この運動は線形スケールに沿って行われている。
アナログ処理チェーンの出力信号v2,6に対してこの
ことは時間tの関数である曲線227および228とな
る。これらの曲線は各パルス229および231によっ
て構成され、これらはその中央で僅かへこんでおり、時
間tに対する間隔比は車両の車台に属する回転要素の線
形間隔比と同じである。第7図を参照して今後説明され
るように、曲線227および228はサンプルされかつ
ディジタル形式で処理される。
曲線227および228に基く使用に適した属性は振幅
のパルス(ピーク)であり、これは車台の同じ数の要素
にそれらを関係付けるのに充分である。
そしてパルスの数、それらの幅、それらの間隔を計数し
、かつ車両の特定のカテゴリを表わす曲線のタイプとの
比較を行うことは可能である。
車両に対する距離は基準面Uとの交差の期間に影響しな
いことに注意されよう。この期間に影響するパラメータ
は車両の速度と基準面Uに対してそれ自身が示す角度で
ある。他方、距離はそれが検出ビーム203の方位角θ
、を規定するから一つの役割りを演じている。
数mから数10mの範囲にある差領域における車台の正
しい分析に対して、θ、とθsの値あるいはθs/nは
以下のような規準の関数として選ばれなくてはならない
。すなわち、 (水平方向における)方位ビーム開口θ9は(第5図を
見よ)、最大観測距離D□X (すなわち監視すべきル
ートの場合の公称距離)において、かつ部分がそれ自身
を示すすべての角度(45°くε<135°)に対して
車台の隣接回転要素間の最短距離Dvainは検出器(
複数を含む)によって分析されねばならぬように選ばれ
なくてはならない。例えばり、□”75 m s D+
ain ”30cmの組に対して、これはθ、=0.2
@ となる。
(上向きの)照準ビーム開口(sight beama
perture)  θ、あるいはθs/nに対して、
第3図および第4図を参照して前に説明されたように、
計算はタイヤ、あるいは軌道を持つ車両のローラーを観
測する可能性に基いている。
若し識別すべき車両が道路上を移動すると仮定されるな
ら、単一の検出器216のみで充分であろう。他方、数
mと約10mの間を含む比較的大きい距離の多数のパイ
ロ電気検出器、例えば第6図に示されたような視角θ、
/4を有する4つの隣接検出サブビーム233.234
.235.236を備える4つの検出器が使用されよう
。このように、車両が最少観測距離Ds 1 hにある
場合、車台にn個(rl=4>の検出器の垂直フィール
ドを占めている。これに対して、車両が最大観測路@D
、、、にある場合、車台は上側サブビーム236に対応
する単一検出器のフィールド中に位置している。このよ
うに、θs/nの値を規定することが可能である。この
構造設計は車両が基準面と交差する距離の最初の表示を
得ることを可能にすることはまた明らかであろう。例え
ば第6図において、4つの検出器が検出に用いられる場
合に車両は装置201から12mと20mの間に位置し
、3つの検出器が用いられる場合に20mと29mの間
に位置し、2つの検出器が用いられる場合に29mと5
7mの間に位置し、そして1つの検出器が用いられる場
合に57mと75mの間に位置している。
検出器216の出力信号を使用するために、第7図のデ
ィジタル信号処理チェーンの使われることが好ましい。
第7図は信号V211からv2.、がサンプル・アンド
・ホールド回路239を伴うマルチプレクサ238に印
加されるように複数の検出器が使用される場合に適して
いる。マルチプレクサの導体241上の制御信号は全装
置の動作モードを監視しているデータ処理プロセッサ2
42から発生される。1つの単一検出器のみが存在する
場合、単一信号である信号v216はサンプル・アンド
・ホールド回路239に直接印加され、この回路239
はプロセッサ242から発生する導体243上の周波数
f Ellのサンプリング信号の制御の下で信号V21
B(あるいは複数の信号)のアナログ値をとっている。
第7図のディジクル処理回路はとりわけアナログ対ディ
ジタル変換器244とサンプルのディジタル値を蓄積す
るメモリ245を含んでいる。プロセッサ242とその
関連プログラムメモリ246によって構成されたデータ
処理回路はフィ、ルターされたディジタル信号と車両の
属性特性の復元アルゴリズムを使用している。回路23
9における信号のサンプリング期間T、1.はそれがパ
ルス229あるいは231の期間より短いように計算さ
れねばならない。
TEIRは所定の値の範囲のその視角εと車両の最大見
掛は速度(maximum apparent 5pe
ed) Vyhawの値にかかわらず、車両に対する所
望の最少距離「hにおける分析から測定できる。T e
 t Rの値は式から導出できる。別のセンサを組込ん
だもっと複雑な検出システムに材して、車両の距離りな
らびにその見掛は角速度(apparent angu
lar 5peed)dγ/cltが既知であることが
ある。この場合に、t が得られる。この最後の計算方法は一定長の車両でとら
れたサンプルの数が車両の通過する距離にかかわらず同
じであるように作用することを可能ならしめている。
識別すべき車両の分類は車台の属性特性の探索に基いて
実行されることが示されている。このことは所与の数の
ディジタル処理操作をメモリ245に含まれたサンプル
に適用することにより実行され、さらに特定すると、こ
れらのサンプルと1つあるいはいくつかのしきい値との
比較によって実行され、それによってパルス229と2
31の識別が可能である。
この処理操作の適用の前に、次のような態様で作用して
、車両が通過する距離を考慮に入れることは可能である
。すなわち もしこの通過距離が小さいなら、サブキャリッジの範囲
で探索された属性は各信号V211+V2+2+ V2
13+  V214のレベルで現われないが、しかしそ
れらの和で現われるであろう(4つの検出器は車台をカ
バーする)。
通過距離の増大に比例して、探索された属性は3つの信
号の和、そのあとでは2つの信号の和、そして最後には
1つの信号のみで現われる −であろう。
データ処理プロセッサ242は例えばモートローラのマ
イクロプロセッサ6809であり、かつ本発明を実行、
するためにそれをプログラムするのに必要なアルゴリズ
ムは当業者、この場合では平均のデータ処理の専門家の
理解の範囲内である。
装置の光学的セクシ繍ンは、例えばゲルマニウムからな
る光素子による透過モードで、あるいは金属層でコート
されたプラスチック材料の成型によって形成された反射
凹面鏡を用いる反射モードで実現できることに注意すべ
きである。
(要 約) 装置(210>は基準面(U)による受動赤外線放射に
対する光学的に狭い検出ビーム(203)集束システム
を具えている。フィルタはスペクトル分析帯域を選択し
、かつ少なくとも1つの受動赤外線放射検出器が焦点面
に備えられている。本発明によると、この装置は第1ア
ナログ処理チェーンと第2デイジクル処理チェーンを具
え、それにより特性曲線に従って少なくとも車両の車台
を復元することが可能である。この曲線上では、車台の
各回転要素は識別可能なパルスの形状を仮定している。
この装置は所定の面内に移動する車両の識別に使用され
ている。
【図面の簡単な説明】
第1図は所定のサイトに設置された本発明による装置の
側面図であり、 第2a図は本発明による受動赤外線技術で検出を実行可
能ならしめる装置構成を例示し、第2b図は第1のアナ
ログ処理チェーンのブロック図であり、 第3図はタイヤを有する車両について得られた曲線を示
し、 第4図は軌道を有する車両について得られた曲線を示し
、 第5図はいかにして検出器の水平ビーム開口が決定され
るかを例示し、 第6図は第1図に類似な観点から、大きな距離でいくつ
かの検出器が窓での検出に使用されている場合を表わし
、 第7図は第2のディジタル処理チェーンのブロック図で
ある。 02・・・点        201・・・装置202
・・・サイトあるいは大地 203・・・検出ビームあるいはサブビーム204・・
・水平ライン   205・・・斜線206・・・対称
軸あるいは光軸 208・・・光学的システム 209・・・検出器のネットワーク 210・・・フィルタ 211、212.213.214・・・赤外線検出器の
アレイ216・・・検出器     217・・・前置
増幅器218・・・増幅器     219・・・帯域
通過フィルタ221、222・・・タイヤ   223
・・・ローラー224・・・軌道      226・
・・矢印227、228・・・曲線    229.2
31・・・パルス233、234.235.236・・
・隣接検出サブビーム238・・・マルチプレクサ 239・・・サンプル・アンド・ホールド回路241・
・・導体 242・・・データ処理プロセッサ 243・・・導体      244・・・A/D変換
器245 ・・・メモリ      246 ・・・プ
ログラムメモリ特許出願人   エヌ・ベー・フィリッ
プス・フルーイランペンファブリケン FIG、2b F10,7

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、陸上車両が基準面を通過する場合に陸上車両の侵入
    を検出しかつ識別する装置であって、上記の基準面で受
    動赤外線放射を検出する狭い検出ビームを集束する光学
    的システム、スペクトル分析帯域の選択を許容するフィ
    ルタ、および上記の光学的システムの焦点面に配列され
    た少なくとも1つの検出器を具えるものにおいて、 各検出器は増幅されかつフィルタされた信号をアナログ
    処理する第1チェーンを伴い、かつ上記の第1チェーン
    に引続いてサンプル・アンド・ホールド手段を含み、か
    つ車台の各回転要素が識別し得る特性パルスの形状を仮
    定することによって時間の関数としての曲線の形で上記
    の信号処理手段によって少なくとも上記の車両の車台が
    復元されるようにサンプルを処理する第2ディジタル信
    号処理チェーンを具えること、 を特徴とする陸上車両の侵入を検出しかつ識別する装置
    。 2、上記のサンプル処理手段がマイクロプロセッサによ
    って構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第
    1項に記載の陸上車両の侵入を検出しかつ識別する装置
    。 3、上記の検出器と上記の第1アナログ処理チェーンに
    よって形成された組立体が10分の数ヘルツと数10ヘ
    ルツの間からなる通過帯域を有し、かつ上記の組立体プ
    ラス上記の光学的システムが1Kより少ない等価雑音温
    度差を有することを特徴とする特許請求の範囲第1項も
    しくは第2項に記載の陸上車両の侵入を検出しかつ識別
    する装置。 4、最大予想観測距離においてかつ上記の車両が上記の
    基準面に対してそれ自身を示すすべての予想角度に対し
    て、車台の2つの隣接回転要素間の距離が各検出器によ
    って分解されるようになっている上記の受動赤外線放射
    ビームの方位ビーム開口を特徴とする特許請求の範囲第
    1項ないし第3項のいずれか1つに記載の車両の侵入を
    検出しかつ識別する装置。 5、基準面において数度程度の各視角θ_s/nを有す
    るn個の隣接検出サブビームを規定するようにお互いに
    垂直かつ隣接して配列されているパイロ電気検出器を具
    え、上記のビームの視角θ_sが約1mの高さに位置し
    ている基準面の水平ラインから大地に向かう方向にとら
    れていることを特徴とする特許請求の範囲第1項ないし
    第4項のいずれか1つに記載の数と数10mの間からな
    る距離おける窓で陸上車両の侵入を検出しかつ識別する
    装置。
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