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DE9411602U1 - Anordnung zum Feststellen von Objekten in einem zu überwachenden Bereich - Google Patents

Anordnung zum Feststellen von Objekten in einem zu überwachenden Bereich

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DE9411602U1
DE9411602U1 DE9411602U DE9411602U DE9411602U1 DE 9411602 U1 DE9411602 U1 DE 9411602U1 DE 9411602 U DE9411602 U DE 9411602U DE 9411602 U DE9411602 U DE 9411602U DE 9411602 U1 DE9411602 U1 DE 9411602U1
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Description

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*
* * I
Be s ehre ibung
Anordnung zum Feststellen von Objekten in einem zu überwachenden Bereich.
5
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Feststellen von Objekten in einem zu überwachenden Bereich gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Häufig soll festgestellt werden, ob sich in einem Gefahrenbereich eine Person aufhält oder Gegenstände abgestellt sind. Dies gilt &zgr;. B für den Gleisbereich zwischen den Schranken eines schienengleichen Bahnübergangs. Auch zum Zwecke des Intrusionsschutzes werden Bereiche auf das Vorhandensein von Personen überwacht.
Aus der europäischen Patentanmeldung 0 448 802 ist bekannt, ein Hindernis in einem zu überwachenden Bereich mittels eines Differenzbildes zu detektieren, das aus einem Referenzbild 0 und einem aktuellen Bild erzeugt wird. Diese Art der Detektion von Objekten kann jedoch vom Wetter, z. B. Nebel und auch von der Tageszeit, erheblich beeinträchtigt werden.
In dem Deutschen Gebrauchsmuster 93 05 611 ist daher eine An-Ordnung vorgeschlagen worden, in der eine Sendeeinrichtung ein hochfrequentes Abfragesignal durch den überwachten Bereich hindurch zu einer Reflektoreinrichtung sendet. Diese besteht aus einer Antenne und einem daran unter Zwischenschaltung eines Interdigitalwandlers angeschlossenen Oberflächenwellen-Verzögerungselementes. In diesem wird die Oberflächenwelle reflektiert, über den Interdigitalwandler als elektrisches Signal wieder auf die Antenne gegeben und zur Sendeeinrichtung zurückgestrahlt, wo es von einem Empfänger erfaßt und einer Auswerteeinrichtung zugeführt wird. Befindet sich im Strahlungsfeld innerhalb des überwachten Bereichs ein Objekt, wird das reflektierte Signal gedämpft. Die Auswerteein-
richtung erfaßt die daraus folgende Amplitudenänderung und gibt ein Meldsignal ab. Es können mehrere Oberflächenwellenelemente, auch mit unterschiedlichen Verzögerungszeiten eingesetzt werden, so daß der überwachte Bereich verbreitert und auch das Objekt lokalisiert werden kann. Die von mehreren gleichen Oberflächenwellen-Verzögerungselementen reflektierten Signale können additiv oder subtraktiv überlagert werden. Bei dieser bekannten Anordnung treten dann Schwierigkeiten auf, wenn das Abfragesignal nicht nur von der Reflektoreinrichtung zurückgestrahlt wird, sondern von anderen weiter entfernten Objekten, z. B. metallverkleideten Gebäuden, Metalltoren oder ähnlichem. Haben diese Objekte einen solchen Abstand von der Sendeeinrichtung, daß die Signallaufzeit dieselbe ist wie die der an der Reflektoreinrichtung reflektierten Signale und haben die an diesen rekflektierten Signale etwa die gleiche Amplitude wie die an der Reflektoreinrichtung reflektierten oder sind sie gar größer, ist eine Detektion von Hindernissen im überwachten Bereich nicht mehr möglich.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, mit der Objekte in einem überwachten Bereich zuverlässiger als mit den bekannten Einrichtungen festgestellt werden können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit dem im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Wesentlich ist, daß der Verstärkungsgrad des Verstärkers kleiner ist als die Kopplung zwischen der Sende- und der Empfangsantenne der Reflektoreinrichtung, damit diese auch unter ungünstigen Bedingungen nicht schwingt. Diese Kopplung läßt sich durch den Abstand der Antennen und/oder durch Wahl der Polarisation von empfangenem und gesendetem Signal sowie durch gegenseitige Abschirmung beeinflussen. Beispielsweise können die Polarisationsrichtungen von gesendeten und empfangenen Signalen senkrecht aufeinander stehen. Auch kann durch Zirkularpolarisa-
tion eine weitgehende Entkopplung erreicht werden. Damit ist gleichzeitig eine Unterdrückung bzw. Unterscheidung von direkt an Objekten reflektierten Signalen möglich.
An Hand der Zeichnungen werden im folgenden die Erfindung sowie weitere Ausgestaltungen und Ergänzungen näher beschrieben und erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 das Prinzipschaltbild eines Ausführungsbeispiels der
Erfindung und
Figur 2 ein Anwendungsbeispiel der Erfindung.
In Fig. 1 ist mit SE eine Sendeeinrichtung bezeichnet, die einen Mikrowellen-Sender enthält. Seine Frequenz liegt in dem für Radarzwecke üblichen Frequenzbereich, im Ausführungsbeispiel bei ca. 2500 MHz. Die Frequenz wird von einem Modulator M mit einer Dreiecks- oder Sägezahnspannung moduliert; der Frequenzhub beträgt im Ausführungsbeispiel ca. 40 MHz. Die so modulierte Frequenz wird auf eine Senderantenne SA gegeben, die im Falle eines im wesentlichen horizontalen zu überwachenden Bereiches zweckmäßig so gestaltet ist, daß ihre Strahlungskeule in der Horizontalen einen größeren Winkel hat als in der vertikalen Ebene. Die Strahlung der Senderantenne SA ist auf eine Reflektorempfangsantenne REA gerichtet, die Bestandteil einer Refletoreinrichtung RE ist. Das Antennensignal wird von einem Zirkulator ZI oder einer anderen richtungsabhängigen Weiche einem Laufzeitelement LE zugeführt, welches das Signal um 1 - 5 &mgr;&bgr; verzögert an den Zirkulator ZI 0 zurückgibt. Das Laufzeitelement LE ist zweckmäßig ein Oberflächenwellen-Element mit einem dazugehörigen Wandler, der die elektrischen Signale in akustische und umgekehrt umsetzt. Das Ausgangssignal des Laufzeitelementes LE wird vom Zirkulator ZI einem Verstärker VS zugeführt, der eine Sendeantenne 5 RSA speist. Diese ist auf eine Empfängerantenne EA gerichtet, die zu einer Empfangseinheit EE gehört. Das Signal der
Antenne EA und das des Senders S unterscheiden sich außer in der Amplitude auch in der Phase, wobei die Phasenverschiebung im wesentlichen durch die Laufzeit im Laufzeitelement LE bestimmt ist. Die Phasenverschiebung ist daher konstant und damit auch der Betrag der Frequenzdifferenz der beiden linear frequenzmodulierten Signale. Ein Überlagerungsempfänger UE bildet aus den beiden Signalen ein Differenzsignal, dessen Frequenz im wesentlichen die Differenzfrequenz und dessen Amplitude abhängig von der Intensität der von der Empfängerantenne EA empfangenen Strahlung ist. Zweckmäßig wird das Signal des Überlagerungsempfängers UE über ein Filter geführt, dessen Durchlaßfrequenz auf die Differenzfrequenz abgestimmt ist. Die Amplitude und das Signal des Senders S sind konstant. Gerät daher ein Objekt in die Stahlungsfelder zwischen den Antennen SA, EA oder RSA, EA, wird die Strahlung gedämpft, und die Amplitude sinkt. Da ein Objekt im Randbereich der Strahlungsfelder auch eine Erhöhung der empfangenen Strahlung bewirken kann, ist eine Auswerteeinheit AW, im wesentlichen ein Amplitudendiskriminator, so ausgebildet, daß sie ein Meldesignal abgibt, wenn die Amplitude des Differenzsignals einen Schwellwert unter oder einen anderen höheren Schwellwert überschreitet.
Damit die Reflektoreinheit RE nicht schwingt, darf der Verstärkungsgrad des Verstärkers VS nicht größer sein als die Kopplung zwischen den Antenne RSA, REA. Andererseits soll der Verstärkungsgrad möglichst hoch sein, damit Reflexionen an weiter entfernt liegenden Objekten nicht stören. Man wird daher versuchen, durch eine geeignete räumliche Anordnung der beiden Antennen oder durch unterschiedliche Polarisation der Strahlungen die Kopplung klein zu halten. Dies hat nämlich gleichzeitig den Vorteil, daß an passiven Reflektoren reflektierte Strahlung von der an der Reflektoreinheit RE reflektierten unterschieden werden kann. Zweckmäßig sind die beiden Polarisationsrichtungen senkrecht zueinander. Eine weitere Verbesserung ist durch Verwendung von zirkularer Polarisation
4 42
zu erreichen, weil diese bei Reflexion an einem Hindernis ihren Drehsinn ändert.
Auf der bisher beschriebenen Anordnung werden nur die von der Reflektoreinheit RE reflektierten Signale ausgewertet. Zusätzlich kann auch die Strahlung ausgewertet werden, die durch direkte Reflexion an den in den Strahlungsfeldern befindlichen Objekten empfangen wird. Der Überlagerungsempfänger UE bildet der aus Signalen, deren Frequenz ein Maß für die Entfernung der Objekte von der Sendeeinrichtung SE sind.
Das beschriebene Ausführungsbeispiel arbeitet nach einem Dauerstrich-Radarverfahren. Statt dessen kann aber auch Impulsradar eingesetzt werden. Es werden dann die Impulse ausgewertet, deren Laufzeit durch den Abstand zwischen Sende- und Reflektoreinheit und die Verzögerungszeit des Laufzeitelementes LE bestimmt ist. Selbstverständlich kann auch bei Verwendung von Impulsradar die direkte Reflexion an Objekten im überwachten Bereich zusätzlich ausgewertet werden.
Bei Einsatz von Impulsradar kann die Entkopplung der beiden Antennen der Reflektoreinrichtung auch dadurch erreicht werden, daß während der Abgabe der Impulse vom Verstärker VS die Empfangsantenne vom Zirkulator ZI getrennt ist. Es ist dann sogar möglich, sowohl auf der Seite der Sende-/Empfangseinrichtung als auch auf der Seite der Reflektoreinrichtung mit je einer Antenne auszukommen, die abwechselnd als Sende- und Empfangsantenne verwendet wird.
Fig. 2 zeigt eine mögliche Überwachung eines schienengleichen Bahnüberganges mit Anordnungen gemäß Fig. 1. Mit GL 1, GL2 sind zwei Gleise bezeichnet, die eine Straße ST kreuzen. Diese kann mit zwei Paar Halbschranken BSI, BS2 gesperrt werden. Vor dem Schließen muß sichergestellt sein, daß keine Personen sich im Bereich des Bahnüberganges befinden oder andere Objekte, z. B liegengebliebene Kraftfahrzeuge sich dort
befinden. An einer Ecke des zu überwachenden Bereichs ist eine erste Sende- und Empfängereinheit SE/EEl der anhand von Fig. 1. beschriebenen Art montiert. Diese steht in der geschilderten Wechselwirkung mit zwei Reflektoreinheiten RE2, RE3, die an der gegenüberliegenden Seite des überwachten Bereichs aufgestellt sind. Eine zweite Sende- und Empfängereinheit SE/EE2, die zweckmäßig mit einer anderen Frequenz als die erste arbeitet, befindet sich bezüglich des überwachten Bereichs diagonal der ersten gegenüber. Sie arbeitet mit zwei Reflektoreinheiten REl, RE4 zusammen. Die Strahlungsfelder von zusammenwirkenden Sende-/Empfängereinheiten und Reflektoreinheiten, innerhalb deren Objekte festgestellt werden, haben etwa die Querschnittsform einer Linse. Durch geeignete Anordnung nur weniger Einheiten kann daher der gesamte zu überwachende Bereich abgedeckt werden. Wie gezeigt, können je Sende- und Empfangseinrichtung SE/EE mehrere Reflektoreinheiten vorhanden sein. Deren Laufzeitelemente können die gleiche Verzögerungszeit haben. Günstiger sind jedoch unterschiedliche Verzögerungszeiten. Das Differenzsignal des Überlagerungsempfängers der Empfangseinrichtung weist dann je Reflektoreinheit eine charakteristische Frequenz auf, so daß einerseits die Betriebsbereitschaft jeder Reflektoreinrichtung stets überprüft wird und andererseits die Objekte im überwachten Bereich lokalisiert werden können.
Selbstverständlich sind auch andere Anordnungen als die in Fig. 2 gezeigte möglich. Beispielsweise ist es möglich, die Sendeeinrichtungen von den Empfangseinrichtungen räumlich zu trennen, so ist es z. B. möglich, die Senderantenne einer 0 Sendeeinrichtung an der einen Ecke des überwachten Bereichs aufzustellen, die zugehörige Reflektorempfangsantenne an der gegenüberliegenden Ecke, die Reflektorsendeantenne dann, verbunden über ein unter den Gleisen verlegtes Kabel, an einer dritten Ecke und die Empfängerantenne schließlich an der vierten Ecke, wobei die Sende- und Empfangseinrichtung wieder
über ein unter den Gleisen verlegtes Kabel miteinander verbunden sind.

Claims (7)

9&Iacgr; 6 4 423 Schutzansprüche
1. Anordnung zum Feststellen eines Objektes in einem zu überwachenden Bereich mit einer Sendeeinrichtung SE, die ein Abfragesignal auf eine Reflektoreinrichtung (RE) mit einem Laufzeitelement (LE) richtet, die bezüglich der Sendeeinrichtung SE an der gegenüberliegenden Seite des zu überwachenden Bereiches angeordnet ist und die von der Sendeeinrichtung SE empfangenen Signale nach einer durch das Laufzeitelement (LE) vorgegebenen Zeit zu einer Empfängereinrichtung (EH) reflektiert, die bezüglich der Reflektoreinrichtung (RE) auf der gegenüberliegenden Seite des zu überwachenden Bereiches angeordnet ist und an die eine Auswerteeinrichtung (AW) angeschlossen ist, die nach Maßgabe einer Auswertevorschrift die empfangenen Signale hinsichtlich Laufzeit und/oder Amplitude auswertet, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflektoreinrichtung (RE) eine Reflektor-Empfangsantenne (REA) aufweist, deren Signale dem Laufzeitelement (LE) über eine richtungsabhängige Weiche (ZI) zugeführt ist, die das vom Laufzeitelement (LE) zurückkommende Signal zu einem Verstärker (VS) leitet, der eine Reflektor-Sendeantenne (RSA) speist, wobei die Kopplung zwischen der Reflektorsende- und -empfangsantenne kleiner als der Verstärkungsgrat des Verstärkers (VS) ist.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die von der Sendeeinrichtung SE zur Reflektoreinrichtung (RE) gesendeten Signale eine andere Polarisation haben als die von der Reflektoreinheit (RE) reflektierten Signale.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
- daß die Signale mit einem gegenseitigen Winkel von 90° linear polarisiert sind.
4. Anordnung nach einem der Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Signale zirkulär polarisiert sind. 5
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet ,
daß die Signale itnpulsweise gesendet sind.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet ,
daß die Signale frequenzmoduliert sind, die Empfangseinrichtung (EE) ein Differenzsignal mit der Frequenzdifferenz zwischen dem gesendeten und dem reflektierten Signal und mit einer der Amplitude des reflektierten Signals entsprechenden Amplitude bildet und ein Meldesignal abgibt, wenn sich die Amplitude des Differenzsignals um mehr als einen vorgegebenen Betrag ändert.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet ,
daß das Laufzeitelement (LE) ein Oberflächenwellen-Element ist.
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