DE3906627A1

DE3906627A1 - Verfahren und anordnung zur raumueberwachung nach dem impuls-echoverfahren

Info

Publication number: DE3906627A1
Application number: DE19893906627
Authority: DE
Inventors: Hans Kolb
Original assignee: Megamos F & G Sicherheit
Current assignee: Megamos F & G Sicherheit
Priority date: 1989-03-02
Filing date: 1989-03-02
Publication date: 1990-09-06

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach der Gattung des Oberbegriffes des Patentanspruches 1. Die Erfindung betrifft weiter eine Anordnung zum Durchführen dieses Verfahrens nach der Gattung des Oberbegriffes des Patentanspruches 15.

Bei einem solchen Verfahren strahlen ein oder mehrere Sender in bestimmten zeitlichen Abständen Ultraschallimpulse hoher Stärke in den zu überwachenden Raum ab. Ein Empfänger nimmt in den jeweils zwischen zwei Sendeimpulsen liegenden Zeitin tervallen die aus dem Raum reflektierten Echosignale auf. Die se Echosignale werden als analoge Signale während des Zeitin tervalles zwischen zwei Sendeimpulsen aufgenommen und stellen ein Ultraschall-Abbild des zu überwachenden Raumes dar. Die aufgenommenen analogen Signale werden digitalisiert und in dieser Form in einem Speicher abgelegt. Dieser enthält dann das sogenannte Echoprofil des zu überwachenden Raumes. Der Sinn eines solchen Überwachungsverfahrens liegt darin, aus der zeitlichen Folge der nacheinander aufgenommenen Ultra schall-Abbilder des zu überwachenden Raumes solche Änderungen der räumlichen Strukturen und damit des Reflexionsverhaltens im Raum herauszulesen, die für das Eindringen von Personen oder Gegenständen in den Raum oder für Veränderungen in des sen Begrenzungen typisch sind und damit auf einen Einbruch schließen lassen. In einem solchen Fall soll ein Alarmsignal ausgelöst werden. Sämtliche anderen Änderungen im Reflexions verhalten des überwachten Raumes sollen auch aufgenommen und zur Bildung eines aktuellen Referenzprofiles abgespeichert werden. Dieses soll stetig an den augenblicklichen Zustand des Raumes angepaßt werden. Bei diesen Änderungen soll ein Alarm jedoch nicht ausgelöst werden. Somit kommt es darauf an, Änderungen im Reflexionsverhalten des Raumes, die durch einen Einbruch verursacht werden, genau zu unterscheiden von Änderungen im Reflexionsverhalten, die nicht auf einen Ein bruch zurückgehen. Anzustreben ist weiter eine hohe Empfind lichkeit.

Die bekannten Verfahren zur Raumüberwachung haben im allgemei nen eine hohe Empfindlichkeit. Sie können jedoch nicht eindeu tig zwischen Änderungen im Reflexionsverhalten, die auf einen Einbruch zurückgehen oder nicht, unterscheiden. Bei den be kannten Verfahren kommt es daher immer wieder zu Fehlalarmen.

Bekannt ist eine Ultraschall-Raumüberwachungsanordnung, die nach dem Impuls-Echoverfahren arbeitet (DE-PS 26 56 256), bei der Fehlalarme, die durch Mehrfachechos, durch äußere Störun gen oder durch stationäre Reflexionen hervorgerufen werden, vermieden werden sollen. Dies soll mit einem Impulslängenfil ter in Verbindung mit einer genügend langen Wartezeit zwi schen zwei aufeinanderfolgenden Sendeimpulsen erreicht wer den. Bei in dem zu überwachenden Raum auftretenden Luftbewe gungen versagt diese Maßnahme jedoch vollständig. Bei einer anderen bekannten Raumüberwachungseinrichtung (FR-PS 23 95 554) wird ein Alarm dann ausgelöst, wenn die Ergebnisse einer optischen und einer akustischen Messung in dem zu über wachenden Raum übereinstimmen. Schließlich ist noch ein Im puls-Echo-Verfahren bekannt (DE-PS 29 38 969), bei dem das nach einem ersten Sendeimpuls aufgenommene Echosignal digita lisiert und in dieser Form als Referenzprofil in einem Spei cher abgelegt wird. Darauf werden zwei zeitlich nacheinander aufgenommene Echosignale miteinander verglichen. Für den Fall, daß die Amplituden der beiden Echosignale an einander entsprechenden Stellen voneinander abweichen, wird eine soge nannte Alarmrelevanzprüfung durchgeführt. Hierzu wird der zu überwachende Raum in mehrere Zonen aufgeteilt. Bei einer ste tigen Bewegung durch mindestens zwei Zonen und entsprechende Echosignale wird eine Alarmrelevanz angenommen. Periodische Änderungen eines Echosignales werden als nicht alarmrelevant angesehen. Zusätzlich sind Zonen vorgesehen, die nicht über wacht werden. In der Praxis haben sich diese Maßnahmen als um ständlich und in vielen Fällen wenig wirksam erwiesen. Zu nächst muß die ganze Reihe der nacheinander aufgenommenen Meß werte jeweils paarweise auf Übereinstimmung geprüft werden. Infolge der digitalisierten Abspeicherung der Meßwerte gibt es immer Quantisierungsfehler von +/-1 Bit. Abweichungen las sen sich demnach nicht ausschließen. Statistische Abweichun gen infolge von Rauschen am Empfängereingang kommen hinzu. Demnach muß bei fast sämtlichen aufeinanderfolgenden Messun gen und den entsprechenden Meßwertpaaren eine Alarmrelevanz prüfung vorgenommen werden. Dies erfordert einen hohen Auf wand. In kleinen Räumen, wie sie zum Beispiel durch den Innen raum eines Kraftfahrzeuges dargestellt werden, verändert sich das Echosignal bei Luftbewegungen. Mit dem bekannten Verfah ren können diese als solche nicht erkannt werden. Fehlalarme treten daher auf.

Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Überwachen eines Rau mes so auszubilden, daß eine hohe Empfindlichkeit erreicht wird, daß bei Störungen Alarmsignale nicht ausgelöst werden und daß diese Störungen als solche sicher erkannt werden.

Die Lösung für diese Aufgabe ergibt sich bei einem Verfahren von der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Gat tung nach der Erfindung mit den im Kennzeichen dieses Patent anspruches aufgeführten Merkmalen. In bezug auf das abgespei cherte aktuelle Referenzprofil wird somit jedes aktuelle Echo signal einer Bewertung durch einen oder mehrere Algorithmen dergestalt unterzogen, daß die ermittelte Funktion oder die ermittelten Funktionswerte eine eindeutige Unterscheidung zwi schen solchen Veränderungen im überwachten Raum zulassen, die zu einem Alarm führen sollen oder nicht.

Diese Bewertung kann zum Beispiel so erfolgen, daß unter Her anziehen der einander entsprechenden Punkte im abgespeicher ten Referenzprofil und in den nacheinander gemessenen Echosig nalen eine Korrelationsfunktion oder eine Funktion ähnlicher Definition gebildet wird und die Funktionswerte punktweise für jedes Echosignal zu einem Summenwert aufsummiert werden.

Diese Summenwerte werden über mehrere Echosignal- oder Echo profilkurven gemittelt. Aus dem Verlauf dieses Mittelwertes kann dann unterschieden werden zwischen:

1. dem Eindringen einer Person oder eines Gegenstandes in den überwachten Raum oder einer Veränderung der Raumbe grenzung dadurch, daß der aus den Summenwerten gebilde te Mittelwert besonders stark ansteigt, und
2. dem Auftreten von Störungen der unterschiedlichsten Art einschließlich dem Auftreten von Luftbewegungen in dem zu überwachenden Raum dadurch, daß der aus den Summen werten gebildete Mittelwert nur mit kleinen Beträgen um Null herum schwankt.

Zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bilden den Gegenstand von Unteransprüchen.

Die Erfindung betrifft weiter eine Anordnung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dieses zeichnet sich durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 15 aufgeführten Merk male aus. Der oder die Ultraschall-Sender und der oder die Empfänger werden damit so in dem zu überwachenden Raum aufge stellt, daß sich das reflektierte Signal oder das Echosignal aus an Gegenständen im Raum unmittelbar reflektierten Strahl anteilen und aus solchen Strahlanteilen zusammensetzt, die auf ihrem Weg zu dem Empfänger oder den Empfängern noch zu sätzlich an den Begrenzungen des Raumes reflektiert werden. Das so erhaltene Echosignal ist wegen der Abhängigkeit seiner Amplitude von den Phasen der überlagerten einzelnen Strahlan teile gegenüber Änderungen im Raum sehr empfindlich.

Claims

1. Verfahren zum Überwachen eines Raumes mit Ultraschall nach dem Impuls-Echo-Verfahren, bei dem ein Ultra schall-Signal in den zu überwachenden Raum eingestrahlt, das von dem ungestörten Raum reflektierte Echosignal meh rere Male mit zeitlichen Abständen gemessen, die gemesse nen Werte digitalisiert und unter Bildung eines Referenz profiles gemittelt und dieses abgespeichert wird, die Bil dung und Abspeicherung dieses Referenzprofiles in zeitli chen Abständen wiederholt wird, nachfolgend gemessene Wer te mit dem abgespeicherten Referenzprofil verglichen und bei Abweichung um mehr als einen Sollwert ein Alarm ausge löst wird, dadurch gekennzeichnet, daß jedes aktuelle Echosignal gegenüber dem abgespeicherten Referenzprofil einer Bewertung durch Algorithmen unterzo gen wird, die so aufgebaut sind, daß über die ermittelten Funktionen oder über Verknüpfungen zwischen diesen zwi schen irrelevanten Ereignissen oder Störungen, die zu un terdrücken sind, und Ereignissen, die zur Auslösung eines Alarmes führen müssen, unterschieden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertung in skalarer Form erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertung in vektorieller Form erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch ge kennzeichnet, daß jedes aktuelle Echosignal einer Bewer tung durch einen sich nach einer vorgegebenen Funktion än dernden Algorithmus unterzogen wird und dadurch das zur Bewertung herangezogene Echosignal gebildet wird.

5. Verfahren nach einem derAnsprüche 2 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß nur die einzelnen digitalisierten Meßwerte eines nach einem Sendeimpuls gemessenen Echosignales mit dem abgespeicherten Echoprofil der Bewertung durch Algo rithmen unterzogen werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch ge kennzeichnet, daß nur die einander entsprechenden digita lisierten Meßwerte von aufeinanderfolgend gemessenen Echo signalen und das abgespeicherte aktuelle Echoprofil der Bewertung durch Algorithmen unterzogen werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, daß sowohl die Folge der einzelnen digitali sierten Meßwerte eines nach einem Sendeimpuls gemessenen Echosignales mit dem abgespeicherten Echoprofil als auch die aufeinanderfolgend gemessenen Echosignale und das ab gespeicherte aktuelle Echoprofil der Bewertung durch Algo rithmen unterzogen werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, daß abhängig von den Funktionen oder deren Verknüpfungen, die die zur Bewertung der Echosignale ver wendeten Algorithmen liefern, der zur künftigen Bewertung der Echosignale herangezogene Algorithmus verändert wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, daß die Ergebnisse der Verknüpfungen der Funktionen wiederum einer Bewertung unterliegen.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, daß die innerhalb eines Echosignales gemes senen Einzelwerte über individuelle Algorithmen bewertet werden.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch ge kennzeichnet, daß abhängig von den Funktionen oder deren Verknüpfungen, die die zur Bewertung der Echosignale ver wendeten Algorithmen liefern, ein zusätzlicher Algorith mus zur Bewertung der Echosignale gebildet und herangezo gen wird.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch ge kennzeichnet, daß jeweils vor einer neuen Messung des Echosignales nach einem oder mehreren Algorithmen das ab gespeicherte Echoprofil des Raumes entsprechend dem vor her gemessenen Echosignal verändert wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch ge kennzeichnet, daß jeweils vor einer neuen Messung des Echosignales nach einem oder mehreren Algorithmen das ab gespeicherte Echoprofil des Raumes entsprechend einer An zahl vorher gemessener Echosignale verändert wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch ge kennzeichnet, daß die Sendeenergie für die einzelnen Mes sungen dem jeweiligen Raumzustand so angepaßt wird, daß die aufgenommenen Echosignale einen für die weitere Verar beitung optimalen Pegel besitzen.

15. Ultraschall-Raumüberwachungsanordnung nach dem Im puls-Echo-Verfahren zum Durchführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei der ein Ultraschall-Sen de/Empfangswandler vorgesehen ist, der periodisch Abtast impulse sendet und in der Zeitspanne zwischen zwei Abtast impulsen empfangsbereit geschaltet ist, bei dem die zeit liche Folge von einem Abtastimpuls zuordenbaren Echosigna len als digitales Abbild in Form einer Folge von Binärwör tern gespeichert wird, jeweils nachfolgende Echosignale mit den abgespeicherten verglichen und bei bestimmten Kri terien entsprechenden Abweichungen ein Alarm ausgelöst wird, dadurch gekennzeichnet, daß der UltraschaIl-Sende/Empfangswandler in bezug auf den Raum und dessen Begrenzungen so angeordnet ist, daß die nachfolgend gemessenen Echosignale im wesentlichen durch die Überlagerung von Strahlanteilen entstehen, die zum ei nen unmittelbar an im Raum befindlichen Gegenständen und zum anderen an dessen Begrenzungen reflektiert werden, wo bei die letzteren Strahlanteile gegenüber den ersteren ei nen Gangunterschied aufweisen und damit phasenverschoben sind.