DE69407784T2 - Detektor system - Google Patents

Description

• Diese Erfindung bezieht sich auf Erfassungssysteme und betrifft insbesondere, aber nicht ausschließlich, solche Systeme, welche dafür nützlich sind, die Anwesenheit eines Eindringlings, welcher sich Zugang zu einem Sicherheitsbereich schafft, oder es versucht, zu erfassen.
• Es kann aus vielen Gründen sein, daß ein Bereich - ein Gebäude, vielleicht, oder ein Stück Land - in dem Sinn sichergehalten werden muß, daß entweder keine unberechtigten Personen eindringen können, oder, daß, falls sie es machen, ihre Anwesenheit erfaßt wird, so daß eine geeignete Maßnahme ergriffen werden kann. Ein solcher Bereich bildet üblicherweise ein umzäuntes Gebiet, wobei ein Zaun irgendeiner Art den Bereich festlegt, in dem sich Gegenstände und Gebäude befinden, zu denen nur bestimmte Personen eine Zugangserlaubnis haben.
• Es ist offensichtlich, daß der Vorgang, einen Bereich sicherzuhalten, in den meisten Fällen die Vorgänge einschließt, die Anwesenheit eines Eindringlings in diesem Bereich zu erfassen, und insbesondere das Eindringen des Eindringlings in den Bereich zu bestimmen, so daß Maßnahmen ergriffen werden können, bevor der Eindringling seine Absicht in die Tat umsetzt. Viel Mühe ist aufgewendet worden, um Erfassungssysteme zu entwerfen, die einen Eindringling, der die Begrenzung oder Grenze einer Sicherheitszone überquert, melden, und eine Warnung geben. Es gibt solche Systeme von den einfachsten, wie z.B. Stolperdrähten, die sich gerade über dem Boden befinden, über komplexere, wie z.B. eine Vielzahl von Druckpolstern, die sich gerade unterhalb des Bodens befinden, bis zu extrem hochentwickelten, wie z.B. einer vertikalen Anordnung von horizontalen parallelen Laserstrahlen, die sich zwischen beabstandeten Pfosten erstrecken und so eine "Wand" aus Laserstrahlung bilden, wobei jedes System seine Vorteile und Nachteile hat. In der Tat können sogar die komplexesten der heutigen Laser-Barrieren von etwas ausgelöst werden, was so wenig einem Eindringling ähnelt, wie einem Tier oder einer durch die Luft fliegenden Plastiktüte, ohne daß der Systembediener entscheiden kann, durch was, oder sogar wo, die Begrenzung des Sicherheitsbereichs durchdrungen wurde.
• Die vorliegende Erfindung sucht eine Lösung dieser Aufgabe, indem sie ein auf einem "Licht"-Strahl basierendes, bevorzugt auf einem Infrarot (IR)-Laser basierendes Erfassungssystem bereitstellt, welches es ermöglicht, die Art, wie z.B. die Form und die Lage eines "Eindringlings", eindeutiger und mit einer größeren Genauigkeit zu beurteilen. Sie schlägt vor, eine Matrix von sich kreuzenden Strahlen zu verwenden, um ein netzartiges Strahlenmuster zu bilden, und einen Analysator mit Informationen darüber zu versorgen, welche Strahlen unterbrochen werden, wenn sie durch einen eindringenden Körper blockiert werden, und welcher Analysator daraus sowohl die generelle Form als auch die Lage des Körpers, der das Strahlenmuster unterbrochen hat, mit einer geeigneten Näherung bestimmt.
• In der US-A-4 267 443 (Carroll et al) ist allgemein ein Gerät für die Erfassung und Beurteilung der Art und Lage eines Objekts offenbart, welches durch einen oder mehrere Strahlen durchgeht, und diese dadurch unterbricht. Diese Vorrichtung nach dem Stand der Technik weist allgemein Mittel auf, um eine Matrix von Strahlen zu erzeugen, welche einander schneiden, um ein netzartiges Muster von Strahlen zu bilden, ferner Mittel, um Information bezüglich eines oder mehrerer durch ein Objekt unterbrochener Strahlen zu erzeugen, und einen Analysator, dem diese Information von den informationserzeugenden Mitteln zuführbar ist, um aus dieser Information die generelle Art und Lage eines Objekts zu bestimmen, welches den oder die Strahlen unterbrochen hat.
• Ein wesentlicher Nachteil dieser Vorrichtung nach dem Stand der Technik ist, daß sie aus der Information bezüglich der durch das Objekt unterbrochenen Strahlen die Art des Objekts nur in sehr allgemeiner Form bestimmen kann. Zum Beispiel wird die Art eines Objekts mit allgemein rundem Querschnitt als Quadrat bestimmt, während die eines unregelmäßigen Objekts wie eines Menschen als Rechteck bestimmt wird. Auf diese Weise kann diese bekannte Vorrichtung nicht zwischen Objekten mit, angenommen, allgemein der gleichen Größe aber unterschiedlicher Form unterscheiden.
• Das erfindungsgemäße System ist jedoch im Vergleich zur Anordnung nach dem Stand der Technik dadurch gekennzeichnet, daß der Analysator ausgebildet ist, um die Information, daß der Strahl unterbrochen ist, zu verwerten, um einen Raumbereich zu konstruieren, der durch die unterbrochenen Strahlen berandet ist und innerhalb dessen ein eindringendes Objekt liegt, und dessen Form und Größe, in einer geeigneten Näherung die Form und Größe des Objekts sehr viel genauer definieren, als es die Vorrichtung nach dem Stand der Technik aus der US-A-4 267 443 vermag.
• Der Analysator kann angeordnet werden, um seine Analyse der erzeugten Information bezüglich eines oder mehrerer unterbrochener Strahlen in Echtzeit auszuführen, um eine Menge von Seite-an-Seite-Schnitten zu konstruieren, welche, miteinander kombiniert, eine allgemeine volumetrische Form des eindringenden Objekts definieren. Das netzartige Muster der Strahlen kann genügend fein sein, um ein Raumgebiet zu definieren, welches einem Vertikalschnitt durch das eindringende Objekt angenähert ist.
• Das Erfassungssystem der Erfindung ist bevorzugt ein auf elektromagnetische Strahlen, wie z.B. Licht, beruhendes Erfassungssystem, mit anderen Worten, ein System, das Strahlen aus elektromagnetischer Strahlung verwendet, die sich von einem oder mehreren Sendern dieser Strahlung zu einem oder mehreren Empfängern erstreckt. Der Strahl kann im Prinzip aus jeder geeigneten elektromag-netischen Strahlung sein, aber in der Praxis ist es am bevorzugtesten Licht mit einer Frequenz, welche für das menschliche Auge nicht sichtbar ist, insbesondere Infra- Rot (IR). Weiterhin ist die Quelle der Strahlung, obwohl das jede Sendervorrichtung sein könnte, die einen genügend schmalen und fokussierten Strahl liefern kann, am vorteilhaftesten ein Laserstrahl, der nicht unbedingt kohärent ist, obwohl dies bestimmte Vorteile haben könnte.
• Andere Strahlen, wie z.B. Ultraschall-Strahlen, können als eine Alternative zu Strahlen aus elektromagnetischer Strahlung verwendet werden.
• In dem System der Erfindung wird eine Matrix aus Strahlen verwendet, die sich tatsächlich gegenseitig kreuzen, um ein netzartiges Muster aus Strahlen zu erzeugen. Die Feinheit oder Grobheit des Netzmusters kann so ausgelegt werden, wie es die Größe des Objekts verlangt, welches am wahrscheinlichsten die Strahlen schneidet und erfaßt wird. Wenn nur große Objekte, wie z.B. Fahrzeuge, erfaßt werden sollen, dann können die Öffnungen in dem Netzmuster ziemlich groß sein, beispielsweise mehrere Meter lang und etwa einen Meter hoch; wenn jedoch relativ kleine Objekte, wie z.B. Katzen und Hunde, gesehen und erfaßt werden müssen, dann sollten die Netzöffnungen recht klein sein, beispielsweise ca. 0,25 m lang und 0,1 m hoch. Für ein Objekt mit der Größe eines Menschen ist eine geeignete Öffnungsgröße etwa 0,5 m lang und 0,25 m hoch.
• Eine Matrix aus Strahlen kann auf viele Arten gebildet werden; eine bevorzugte Weise besteht jedoch darin, eine vertikal beabstandete Anordnung von abwechselnden Sendern und Empfängern vorzusehen, wie z.B. eine Mehrzahl von abwechselnd an einem vertikalen Pfosten beabstandeten Laser-Sendern und -Empfängern. Typischerweise sind es sechs abwechselnd angebrachte Sender und Empfänger, die an einem 2 m hohen Pfosten etwa gleichmäßig verteilt angeordnet sind, welcher im Abstand von ungefähr 100 m von einer korrespondierenden Anordnung von Sendern und Empfängern angebracht ist, wobei ein Sender jeweils so angeordnet ist, daß er seinen Strahl auf mehrere, evtl. alle der Empfänger gleichzeitig oder nacheinander richtet. So könnten sich Strahlen von einem obersten Sender des Pfostens horizontal zu einem obersten Empfänger eines benachbarten Pfostens, zum zweiten Empfänger unterhalb, zum nächsten Empfänger unterhalb, usw. erstrecken, um eine fächerartige Menge von Strahlen zu bilden, wobei Strahlen von jedem der anderen Sender auch einen ähnlichen Fächer bilden, da sie auf die jeweiligen Mengen von Empfängern gerichtet sind. So schneiden alle diese Mengen von Strahlen einander, um das gewünschte netzartige Muster zu bilden, bei welchem die hierdurch gebildeten Öffnungen etwa rautenförmig ausgebildet sind.
• Wenn das System der Erfindung in Gebrauch ist, wird einem Analysator Information darüber zugeführt, welche Strahlen unterbrochen sind, wenn sie durch ein eindringendes Objekt blockiert werden, welcher Analysator diese Information nutzt, um die allgemeine Art und Form dessen zu bestimmen, was die Strahlen unterbrochen hat, und wo. Prinzipiell wird kaum mehr Information benötigt, als, welcher Strahl unterbrochen ist, und dies ist sehr einfach, falls für jeden Strahl ein einzelnes Paar aus Sender und Empfänger vorhanden ist, welches nur für diesen Strahl benutzt wird. Es ist jedoch normalerweise vorteilhaft, die Anordnung so auszubilden, daß ein oder mehrere Sender jeweils mehrere Strahlen aussenden, und/oder, daß vielleicht ein oder mehrere Empfänger mehrere Strahlen empfangen. Um die benötigte Information darüber zu erlangen, welche Strahlen unterbrochen sind, kann es notwendig sein, jeden Strahl sorgfältig zu codieren, so daß, falls er nicht von dem zuständigen Empfänger empfangen wird, es möglich ist, exakt zu bestimmen, zwischen welchem Sender/Empfänger-Paar er sich erstreckt hat. So könnte es möglich sein, jeden Strahl durch Modulieren zu codieren, was bei Laserstrahlen verhältnismäßig einfach ist, oder, falls eine Art von zeitbasierter Scananordnung benutzt wird, indem man weiß, zu welcher Zeitperiode jeder Strahl gesendet wurde.
• Die Information darüber, welche Strahlen unterbrochen sind, wird einem Analysator zugeführt, der daraus in einer geeigneten Näherung die allgemeine Art, wie z.B. die Form und die Lage des den Strahl unterbrechenden Objekts bestimmt. Obwohl es ein Spezialhardwaregerät sein könnte, ist dieser Analysator im allgemeinen in Wirklichkeit ein Softwaresystem, ein geeignetes Programm, das auf einem Computer läuft, typischerweise eines dieser modernen Desktop-Geräte, bekannt als ein Mikrocomputer.
• Der Analysator nutzt die Daten darüber, welche Strahlen unterbrochen sind, zusammen mit der Tatsache, daß sich Licht in diesem Maßstab auf geraden Linien bewegt, um einen Raumbereich zu konstruieren, welcher von den nicht unterbrochenen Strahlen berandet ist, innerhalb dem das eindringende Objekt liegen muß. Falls das Netz fein genug ist, wird der Raumbereich recht gut einen vertikalen Schnitt durch das Objekt selbst annähern. Weiterhin, falls die Analyse in Echtzeit ausgeführt werden kann, also schnell im Vergleich zu der Zeit, die das Objekt braucht, um durch die Strahenmatrix durchzugehen, dann wird eine Menge von Seite-an-Seite-Schnitten konstruiert, welche, miteinander kombiniert, eine allgemeine volumetrische Form des Objekts definieren.
• In der Praxis ist die zu jedem Paar aus Sender/Empfänger- Anordnungen zugehörige Analyse-Hardware gunstigerweise an einem zentralen Punkt, zu dem die ganze von dem Paar stammende Information gesendet wird, um zu handeln. Bevorzugt hat jedoch jeder Pfosten zumindest die "Unterbrochener Strahl-Identifizierung"-Hardware an dem Pfosten angebracht, möglicherweise teilweise, und es sind die davon abgegebenen Daten, die zu einer zentralen Kontrollstelle übertragen werden, um weitere Aktionen auszulösen.
• Obwohl der von dem Analysator zur Bestimmung jedes vertikalen Schnitts benutzte Algorithmus in der Praxis sehr komplex ist, ist das Grundprinzip, auf dem er beruht, einfach, und in etwa wie folgt: --
• 1. Aus den gespeicherten Daten, welche die Linien anzeigen, welche die Erfassungs-"Wand" bilden, entlang der die Strahlen zur Errichtung der Matrix gerichtet werden, wird der Bereich in der Matrix bestimmt, in dem die meisten Strahl-Unterbrechungen vorkommen.
• 2. Indem man sich von der Mitte dieses Bereichs nach außen vorarbeitet, wird der erste nicht unterbrochene Strahl identifiziert, und an der Linie, die ihn repräsentiert, wird entlanggegangen, bis sie die eines anderen nicht unterbrochenen Strahls schneidet.
• 3. An letzterer Linie wird in gleicher Weise zu noch einer anderen nicht unterbrochenen Strahl-Linie entlanggegangen, und so weiter, bis der Schnittpunkt mit der ersten nicht unterbrochenen Strahl-Linie wieder getroffen wird, woraufhin das System alle nicht unterbrochenen Strahl-Linien gefunden hat, die das Objekt unmittelbar umgeben, und die resultierende Form "definiert" den Schnitt durch und die Lage des Objekts.
• 4. Alle unterbrochenen Strahl-Linien werden getestet, um festzustellen, ob sie durch die bestimmte Form durchgehen, und, falls es einige nicht tun, und folglich ein zweites Objekt anzeigen, wird für diese Strahlen dann die Analyse wiederholt.
• 5. Während sich das Objekt durch die Matrix durchbewegt, so daß sich sein festgestelltes Schnittmuster zeitabhängig verändert, werden die verschiedenen Seite-an-Seite-Formen mit einer geeigneten räumlichen Trennung zusammengesetzt, um eine volumetrische Definition des Objekts zu liefern.
• 6. Sowohl nach Schritt 4 als auch nach Schritt 5 können die hergeleiteten Formen mit einer Bibliothek von Formen verglichen werden, um mit größerer Sicherheit zu bestimmen, was das Objekt sein könnte.
• Das erfindungsgemäße Erfassungssystem liefert ein sehr verbessertes Sicherheitssystem, welches relativ frei von falschem/Stör-Alarm ist, und zuverlässige Informationen hinsichtlich der allgemeinen Art und Lage eines Eindringlings liefern kann. Es ist von besonderem Wert, wenn es als Teil eines langreichweitigen Sicherheitssystems benutzt wird, wie z.B. das an der Grenze eines Landes oder an der Begrenzung einer großen Anlage, wie z.B. eine Industrieanlage oder eine Militärbasis.
• Ausführungen der Erfindung werden nun beispielhaft beschrieben, und mit Referenz zu den zugehörigen Zeichnungen. Es zeigt:
• Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Begrenzungszauns, der mit einer Laserstrahlmatrix eines erfindungsgemäßen Erfassungssystems gebildet ist;
• Fig. 2 eine Seitenansicht eines zu Fig. 1 ähnlichen Zauns, jedoch einfacher;
• Fig. 3A bis 3E eine Folge von Darstellungen, die die verschiedenen Stufen bei der Analyse der Ausgabe eines etwas vereinfachten Erfassungssystems, wie es in Fig. 2 gezeigt wird, darstellen;
• Fig. 4 eine Ansicht einer moglichen Ausgabe des Systems von Fig. 1 und 2 in Echtzeit;
• Fig. 5 eine schematische Darstellung einer typischen Anordnung von Sicherheitszaunpfosten eines Erfassungssystems;
• Fig. 6A und 6B jeweilige Seiten- und Vorderansichten eines der in Fig. 5 gezeigten Pfosten, in einem vergrößerten Maßstab und teilweise geschnitten;
• Fig. 7 die Zusammenfassung einfacher pulsweitencodierter amplituden- und/oder frequenzmodulierter, gesendeter Strahlen an einem Empfänger des Systems;
• Fig. 8A und 8B jeweilige Blockdiagramme von Schaltungen für Sender- und Empfängerschaltungen, die mit amplitudenmodulierten Strahlenimpulsen arbeiten; und
• Fig. 9A und 9B ein Flußdiagramm eines entsprechenden Softwarealgorithmus für die Verarbeitung der Signale, nur der Strahlenempfänger des Systems.
• Ein Erfassungssystem, wie es in Fig. 1 gezeigt ist, weist einen Zaun auf, der aus einer Mehrzahl von Pfosten 11 (es werden nur zwei gezeigt) besteht, welche einen sicher zu haltenden Bereich umschließen Jeder Pfosten 11 trägt an seiner Seite, angrenzend zu einem seiner benachbarten Pfosten, eine beabstandete, lineare Anordnung einer Mehrzahl von abwechselnden Lasersendern 12 und -empfängern 14. Jeder Sender 12 richtet einen Laserstrahl 13 auf die Empfänger 14 auf dem benachbarten Pfosten 11. In Fig. 1 wird jeder Sender 12 gezeigt, wie er einen Laserstrahl 13 auf jeden der Empfänger ausstrahlt, wohingegen in Fig. 2 und 3 die Laserstrahlen 13 nur auf einige der Empfänger 14 gerichtet sind. Die Lasersender/ -empfänger 12, 14 liegen im Bereich des Bodens näher beieinander als in Richtung der Spitzen der Pfosten 11, um die Erfassung von unten eindringenden Objekten zu optimieren, wie z.B. einer kriechenden Person oder einer Person, die das kleinste Profil zu der Zaunebene bietet, nämlich durch eine Rollbewegung.
• Man erkennt, daß die sich kreuzenden Strahlen 13 eine Matrix oder Netzwerk liefern, die verhältnismäßig kleine Öffnungen aufweist. Es wäre für jedes Objekt der gleichen allgemeinen Größe wie der der Öffnungen schwierig, wenn nicht unmöglich, sich durch die Matrix durchzubewegen, ohne einen oder mehrere der Strahlen zu unterbrechen, selbst mit einer sehr sorgfältigen Positionierung.
• Die Lasersender 12 und -empfänger 14 sind mit einer Energieversorgung (nicht gezeigt) und Strahlcodiervorrichtungen (auch nicht gezeigt) versorgt, und die Empfänger leiten ihre Ausgabe einem Strahlanalysator (auch nicht gezeigt) zu.
• Fig. 2 zeigt eine einfachere Anordnung von Pfosten 11, Sendern 12 und Empfängern 14, aber ansonsten weitgehend das gleiche wie Fig. 1.
• Die Folge von Fig. 3A bis 3E stellt die verschiedenen Stufen bei der Analyse der Ausgabe einer etwas weiter vereinfachten Erfassungssystem-Lichtstrahl-Anordnung dar. Dort werden in jedem Fall zwei Pfosten 31, 32 gezeigt, wovon einer eine beabstandete lineare Anordnung von sechs Sendern 12, die von 0 bis 5 numeriert sind, trägt, und der andere eine entsprechende Anordnung von Empfängern 14, welche eine Matrix von kreuzenden, sich schneidenden Strahlen 13 erzeugen. Zur Übersichtlichkeit sind alle diese nur in Fig. 3A mit Bezugszeichen versehen. In dieser Folge richtet der Sender 0 Strahlen auf die Empfänger 0,2 und 4, während die Sender 1 bis 5 Strahlen auf die Empfänger 1, 3 und 5; 0, 2 und 4; 1, 3 und 5; 0, 2 und 4; und 1, 3 und 5 richten.
• Fig. 3A zeigt die Gesamtmenge der nicht unterbrochenen Strahlen 13. Fig. 3B dagegen zeigt ein undurchsichtiges, durch die Linie 33 abgebildetes Objekt, das in die Matrix plaziert wurde, so daß es einige der Strahlen unterbricht, welche unterbrochenen Strahlen 34 als gestrichelte Linien dargestellt werden. Es gibt jedoch eine Anzahl von nicht unterbrochenen Strahlen, und diejenigen Strahlen 35, welche dem Bereich um das Objekt 33 am nächsten sind, wurden in Fig. 3C und in Fig. 3D fett gemacht, in denen nur die Teile dieser Linien 35 gezeigt werden, die unmittelbar das Objekt 33 umgeben.
• Es wird klar sein, daß der durch die nächsten Strahlen 35 definierte Raum in Fig. 3D die weitestmöglichen Grenzen der Schnittform des Objekts 33 "definieren" müssen. Weiterhin kann durch die Anwendung von Mustervergleichstechniken erraten werden, daß die wahrscheinlichste wirkliche Schnittform des Objekts 33 in Wirklichkeit der kleinere in Fig. 3E schraffierte Bereich 36 ist.
• Wenn man sich vorstellt, daß das Objekt 33 in Wirklichkeit etwas ist, was sich tatsächlich durch die Strahlenmatrix hindurchbewegt, entweder in die Papierebene hinein oder aus ihr heraus, und man eine Anzahl von gleichartigen "Abfragen" der Empfängerausgabe vornimmt, während diese Passage stattfindet, kann ein Bild des Objekts als Ganzes konstruiert werden. So ein denkbares Bild ist in Fig. 4 gezeigt, welche verrät, daß das Objekt ein Kamel war, und daß das Bild aus Fig. 3E dem Schnitt längs der Linie E-E in Fig. 4 entspricht.
• Die Analyse der Information, daß bei einem Empfänger ein Strahl unterbrochen wurde, wird wie folgt ausgeführt: --
• 1. Die Matrix von sich kreuzenden Strahlen wird abgesucht, um das Gebiet zu ermitteln, das die größte Anzahl von Unterbrechungen der sich kreuzenden Strahlen enthält. Dieses Gebiet ist bekannt als der Primär- Eindringling-Umriß (PEU).
• 2. Die "Mitte" dieses Gebiets wird dann berechnet. Einer der unterbrochenen Strahlen wird dann von dieser "Mitte" auswärts abgesucht, bis ein Schnitt mit einem nicht unterbrochenen Strahl getroffen wird. Dieser erste nicht unterbrochene Strahl wird dann abgesucht, bis er einen zweiten nicht unterbrochenen Strahl kreuzt. Dieser Schnittpunkt wird als der erste Punkt des PEU gespeichert.
• 3. Der zweite nicht unterbrochene Strahl wird dann abgesucht, bis er einen dritten nicht unterbrochenen Strahl trifft, und dieser Schnittpunkt wird als der zweite Punkt des PEU gespeichert. Für Zwecke der Berechnung werden die Laserpfosten selbst als nicht unterbrochene Strahlen betrachtet. Auch wird angenommen, daß zwei nicht unterbrochene horizontale Strahlen existieren, einer über dem höchsten wirklichen Strahl und einer unter dem niedrigsten wirklichen Strahl.
• 4. Dieser Prozeß wird fortgesetzt, bis der erste Punkt wieder getroffen wird. Der vollständige Umriß der Form, in welcher der Eindringling vorhanden ist, kann dann auf einen Bildschirm gezeichnet werden. Die Richtung des Absuchens eines nicht unterbrochenen Strahls wird durch die Gleichung des Strahls und die Koordinaten der "Mitte" bestimmt.
• 5. Es wird dann eine Untersuchung aller nicht unterbrochener Strahlen durchgeführt, um festzustellen, ob irgendwelche unterbrochenen Strahlen existieren, die nicht durch den PEU verlaufen. Wenn welche gefunden werden, wird die obige Prozedur wiederholt, um den Sekundär-Eindringling-Umriß zu bestimmen.
• 6. Ist der PEU einmal bestimmt worden, werden weitere Untersuchungen von Schnittpunkten der unterbrochenen Strahlen innerhalb dieses Umrisses gemacht, um die wahrscheinlichste Lage und Form des Primär- Eindringlings zu berechnen. Die Sekundär-, Tertiär-, etc., Eindringlings-Umrisse werden gleich verarbeitet, falls zutreffend.
• 7. Eine Analyse der Folge von Eindringlingsumrissen verbessert die Lageberechnungen und liefert niedrig aufgelöste Vorder- und Seitenprofile von jedem Eindringling.
• In Bezug auf Fig. 5 der Zeichnungen wird eine schematische Darstellung einer typischen Anordnung von Sicherheitszaunpfosten des erfindungsgemäßen Erfassungssystems gezeigt, welche sich über beispielsweise einen Zaunabschnitt von 10 km Länge erstreckt. In diesem speziellen Ausführungsbeispiel werden nur drei Zaunpfosten 11 gezeigt.
• Jeder Posten 11 enthält Steuerelektronik, Stromkonverter und Batterienotstromversorgung und eine Übertragungsverbindung (nicht gezeigt) für die zusammengehörigen Lasersender und -empfänger. Lokaler oder verteilter Strom wird für diese elektronischen Komponenten und Schaltungen mittels Versorgungsleitungen 51 geliefert.
• Jeweilige Steuerprozessoren für die Laserzaunkonfiguration aus Fig. 5 liefern eine Schnittstelle für sekundäre Systeme, zusammen mit einer redundanten Verbindung 53 für jeden Abschnitt, was eine Übertragungssicherung und Fernberichte ermöglicht.
• Ein tragbares Testinstrument für das regelmäßige Testen der elektronischen Komponenten und Schaltungen jedes Zaunpfostens 11 ist bei 54 gezeigt.
• In den Figuren 6A und 6B sind partielle Vorder- bzw. Seitenansichten eines Teils von jedem Zaunpfosten 11 gezeigt.
• Jeder Pfosten 11 enthält in seinem Inneren ein Schutzgehäuse 61 mit einem Zugangsdeckel 62, welcher daran durch Festhalteverschlüsse 63 befestigt ist. Eine Schutzabdichtung 64 ist auch für die Abdeckung 62 vorgesehen.
• Ebenfalls in dem Schutzgehäuse 61 untergebracht ist die Kontrolleinheit, eine zugehörige Schaltung bei 65, zusammen mit einem zugehörigen Kabelbaum 66 und zugehörigen Kabeldurchführungen 67, 68. Ein Netzversorgungskontroller 69 ist an die elektronische Kontrolleinheit 65 mit einer geeigneten Verkabelung 70 angeschlossen. Jeweilige Wechsel- und Gleichstromtrenner mit Schlüsselschalter 71 und 72 sind auch mit zugehöriger Verkabelung und Kabeldurchführungen vorgesehen. Der Stromversorgungskontroller 69 hat eine Reihe von Stromversorgungsstatuslampen 73, die durch ein durchsichtiges Paneel 74 in dem abnehmbaren Zugangsdeckel 62 von außen gesehen werden können.
• Ein Paar von vertikal beabstandeten Lasersendern und - empfängern 81, 82 sind über und unter einer wartungsarmen Batterieanordnung 83 angebracht. Strom-/Datenkabel 84 schließen die Batterieeinheit 83, den Sender 81 und den Empfänger 82 an die Kontrolleinheit 65 mittels des Gleichstromtrenners 72, den Stromversorgungs-kontroller 69 und das Verbindungskabel 70 an.
• Fig. 7 zeigt, wie einfach impulsbreitencodierte amplituden und/oder frequenzmodulierte, gesendete Lasersignale an einem Empfänger zu einem Impulsrahmen zusammengefaßt werden. Die Wiederholungsrate dieser Rahmen wird zur Erfassung des sich am schnellsten bewegenden erwarteten Eindringlings durch das Vorhandensein oder Fehlen eines oder mehrerer codierter Laserpulse gewählt.
• Das Signal jedes Senders 12 (Fig. 1 und 2), 81 (Fig. 6A und 6B) kann eine Folge von Impulsen mit kleinerer Dauer sein, deren Zeitbeziehung einen Datenwert beschreibt, ähnlich, wie Daten seriell zwischen zugehörigen Computern des Systems übertragen werden. So können die Laser für Datenkommunikationszwecke benutzt werden, indem das System als ein gemultiplexter Datenkanal benutzt wird, in dem die Abwesenheit von individuellen zeitlich festgelegten Datenelementen die Strahl-Unterbrechung-Information liefern.
• Fig. 8a und 8b zeigen jeweils Blockschaltbilder von Lasersendern bzw. -empfängern für amplitudenmodulierte Pulse, wie z.B. die in Fig. 7 gezeigten. In der Senderschaltung von Fig. 8A ist eine Kontrolle der Ausgangsleistung vorgesehen, damit das System veränderliche Umgebungsbedingungen des Betriebs kompensieren kann. In dieser speziellen Ausführung ist in der Empfängerschaltung eine Verstärkungsregelung vorgesehen, damit das System veränderliche Umgebungsbedingungen kompensieren kann, und, um das Signal/Rausch- Verhältnis zu maximieren. Die Kombination von Verstärkungs- und Leistungsregelungen mit Signalpegelkomparatoren bildet eine sukzessive Näherung, und einen Analog-Digitalwandler für die Signalpegelerfassung und -korrektur. In dieser vereinfachten Anordnung wird ein Komparator mit Hysterese verwendet, um saubere Signalkanten für die Impulsbreitenmessung zu liefern. Zusätzlich sind eine Kontrolle der Stromversorgung und optisch getrennte Schnittstellen zwischen den Systemmodulen so ausgelegt, daß die relevanten Sicherheitserfordernisse erfüllt werden können.
• Allgemein wird die Strahl-Unterbrechung-Information zu einem kontrollierenden Mikrocomputer des Systems übertragen, welcher die empfangene Information von benachbarten Pfosten 11 verarbeitet, falls nötig, den Alarm auslöst, und, nachdem der in der Form eines Flußdiagramms in Fig. 9A und 9B gezeigte Softwarealgorithmus ausgeführt wurde, das Ergebnis in grafischer Form anzeigt, um dem Operator zu helfen, die Art und/oder Größe des Eindringlings, wie zuvor oben beschrieben, zu bestimmen.

Claims (20)

1. System zum Erfassen und Beurteilen der Art und Lage eines Objekts (33), das einen oder mehrere Strahl(en) passiert und dadurch unterbricht, welches System Mittel (12) aufweist, die zum Erzeugen einer Matrix von Strahlen (13) angeordnet sind, welche einander schneiden, um ein netzartiges Muster von Strahlen (13) zu bilden, ferner Mittel zum Erzeugen von Information bezüglich eines oder mehrerer durch ein eindringendes Objekt (33) unterbrochener Strahlen (34), und einen Analysator (Fig. 9A, 9B), dem diese Information von den informationserzeugenden Mitteln zuführbar ist, um aus dieser Information die generelle Art und Lage eines Objekts (33) zu bestimmen, welches den oder die Strahl(en) (34) unterbrochen hat, dadurch gekennzeichnet, daß der Analysator so ausgebildet ist, daß er die Information verwendet, um ein Raumgebiet (36) zu konstruieren, welches von den nichtunterbrochenen Strahlen (35) berandet ist, innerhalb dessen das eindringende Objekt (33) liegt, und dessen Form und Größe, in geeigneter Näherung, die Form und Größe des Objekts (33) definieren.

2. System nach Anspruch 1, bei welchem der Analysator so angeordnet ist, daß er seine Analyse der erzeugten Information bezüglich eines oder mehrerer unterbrochener Strahlen (34) in Echtzeit ausführt, um eine Menge von Seite-an-Seite-Schnitten zu konstruieren, welche, miteinander kombiniert, eine allgemeine volumetrische Form des eindringenden Objekts (33) definieren.

3. System nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem das netzartige Muster genügend fein ist, um ein Raumgebiet (36) vorzusehen, welches angenähert einem Vertikalschnitt durch das eindringende Objekt (33) entspricht.

4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches ein auf elektromagnetischen Strahlen beruhendes Erfassungssystem ist.

5. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der oder jeder Strahl (13) ein Lichtstrahl mit einer Frequenz ist, welche für das menschliche Auge nicht sichtbar ist.

6. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der oder jeder Strahl (13) ein Laserstrahl ist.

7. System nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei welchem der oder jeder Strahl (13) ein Ultraschallstrahl ist.

8. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der oder jeder Strahl (13) sich von einem Sender (12) zu einem Empfänger (14) für diesen Strahl erstreckt.

9. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem das netzartige Muster, welches durch den oder jeden Strahl (13) erzeugt wird, eine Feinheit oder Grobheit aufweist, welche geeignet ist für die Größe des Objekts (33), welches am wahrscheinlichsten den oder die Strahl(en) (13) schneidet und zu erfassen ist.

10. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Matrix (13) von Strahlen durch eine vertikal beabstandete Anordnung von abwechselnden Sendern (12) und Empfängern (14) erzeugt wird.

11. System nach Anspruch 10, bei welchem die Sender (12) und Empfänger (14) abwechselnd mit Abständen an einem Pfosten (31) hinauf angeordnet sind, welcher im Abstand von einer korrespondierenden Anordnung von Sendern (12) und Empfängern (14) angeordnet ist, wobei ein Sender (12) jeweils so angeordnet ist, daß er seinen Strahl (13) auf mehrere der Empfänger (14) der korrespondierenden Anordnung entweder gleichzeitig, oder nacheinander, richtet.

12. System nach Anspruch 11, bei welchem ein Sender (12) jeweils so angeordnet ist, daß er seinen Strahl (13) auf jeden der Empfänger (14) der korrespondierenden Anordnung richtet, um eine fächerartige Menge von Strahlen (13) zu bilden, so daß alle Mengen von Strahlen (13) einander schneiden, um das netzartige Muster zu bilden, bei welchem die hierdurch gebildeten Öffnungen etwa rautenförmig ausgebildet sind.

13. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem einer oder mehrere Sender (12) so angeordnet ist bzw. sind, daß sie mehrere Strahlen (13) abgeben, und/oder einer oder mehrere Empfänger (14) so angeordnet ist bzw. sind, daß sie mehrere Strahlen (13) empfangen.

14. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem jeder Strahl (13) codiert ist, so daß, wenn ein Strahl (13) nicht vom zuständigen Empfänger (14) empfangen wird, es möglich ist, exakt zu bestimmen, zwischen welchem Sender/Empfänger-Paar (12, 14) er sich erstreckt hat.

15. System nach Anspruch 14, bei welchem jeder Strahl (13) durch Modulieren codiert ist.

16. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem Information darüber, welche Strahlen (14) unterbrochen sind, dem Analysator zugeführt wird, welcher daraus, in geeigneter Näherung, die generelle Art des strahlenunterbrechenden Objekts (33) bestimmt.

17. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Analysator ein Softwaresystem aufweist.

18. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Analysator Hardware aufweist, welche jeweils einem aus einer Mehrzahl von Paaren von Strahlensender/-empfänger (12, 14)-Anordnungen zugeordnet ist und an einer zentralen Stelle angeordnet ist, zu der alle von dem Paar abgegebene Information zur Verarbeitung gesandt wird.

19. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, bei welchem der Analysator Hardware aufweist, welche jedem aus einer Mehrzahl von Paaren von Strahlen-Sender/-Empfänger (12, 14)-Anordnungen zugeordnet ist, und wobei mindestens die Hardware zum Identifizieren unterbrochener Strahlen (34) entfernt von einer zentralen Kontrollstelle angeordnet ist, und die von der Hardware zur Identifikation unterbrochener Strahlen abgegebene Information zur zentralen Kontrollstelle übertragbar ist.

20. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Analysator so ausgebildet ist, daß er Vertikalschnitte der unterbrochenen Strahlen (34) des netzartigen Strahlenmusters unter Verwendung eines Algorithmus bestimmt.