JPS6020800B2 - 侵入警報システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は侵入警報システムに関し、さらに詳述すれば、
監視区域内で移動する目標物体を電磁気的に検出するシ
ステムに係るものである。

超音波あるいはレーダー周波数で典型的に動作する電磁
式侵入警報システムにおいて、伝送信号は監視下にある
区域内へ指向され、その区域内で移動する目標物体から
返えされた信号は伝送信号の一部分と混合され、移動す
る目標物体のドップラ（Ｄｏｐｐｌｅｒ）周波数を代表
するビート周波数を生成し、この周波数を検知して適当
な警報を駆動するのに使用される。

このような侵入警報システムの有効性と経済的利用性は
、真の移動する目標物体と監視区域内に存在する条件に
よって起る妨害現象とを識別するシステムの能力如何に
かかっている。

監視下にある区域内の妨害現象は典型的にはドアや窓の
移動、振動する壁、および移動する空気流の結果であり
、これらは擬似警報指示を発生しうる。擬似警報発生の
煩向を低減するために従来提案された技術は、一般に、
ある時間にわたって平均したバックグラウンドノイズあ
るいはクラツタの測定に基く利得あるいは閥値補償法を
使用してきた。このタイプの利得あるいは関値調整は妨
害現象が漸次的に発生するときにのみ有効である。しか
しながら、実際には、妨害現象は漸次的な発生をしない
ことがおおく、むしろ、エアコンディショナやヒータの
始動および停止によっておよび擬似的に移動かつ振動す
る物体によって起るような突発的なものである。したが
って、利得あるいは闇値補償法は実際の作業環境におい
ていよしば遭遇するこれらの擬似条件に対しては一般に
あまり有効でない。そのうえ、システムの利得の調整は
検出感度を変化させ、これはまた移動目標物体検出範囲
を変えてしまう原因となる。真の移動する目標物体を妨
害現象から識別する別の先行技術は、選択フィル夕を使
用して妨害現象によって発生されるドツブラノイズェネ
ルギの大部分を消去し、一方比較的高いラジアル速度で
移動する目標物体に対する感度を保持するものである。

このようなシステムでは低いラジアル速度で移動する目
標物体の検出が困難になる。その理由は、このような低
速度の場合には、妨害現象に起因するドップラ周波数は
真の移動する目標物体に起因するものと一般に同じであ
るからである。移動する目標物体を妨害現象から識別す
るとくに有効なシステムは、昭和４６王特願第６７５４
７号、昭和５２王蕃判第４３５２号、マーロン ェィガ
ルヴィンの「超音波侵入警報」に開示され特許請求され
ており、このシステムでは移動する目標物体と妨害現象
の或る種のスペクトル特性が使用され、このような現象
の存在において移動する目標物体の改良された識別を達
成する。この特許出願のシステムによれば、スペクトル
が伝送般送波に対してバランスしている受信信号に応答
して一対の出力信号が与えられ、一方スペクトルが搬送
波に対してバランスしていない受信信号に応答して該対
の出力信号のいずれか１つのみを生成する。真の移動す
る目標物体によって発生されるスペクトルは搬送波周波
数に対して非対称であって、第一あるいは第二のいずれ
かの出力信号を発生し、警報回路の構成は、第一あるい
は第二出力信号に応答するときにのみ警報指示を与える
が、両出力信号が対等の割合で存在するときには警報指
示を与えないようになっている。本発明は妨害現象から
分離して移動する目標物体を検知するシステムを提供す
るものであり、このシステムは比較的簡単な回路によっ
て容易に実施しうる異なった識別技術を利用して該特許
出願のシステムと同様な有効性を提供するものである。
本発明により提供される侵入警報システムにおいては、
直角位相信号がディジタル式に解読されて移動する目標
物体の存在の出力指示を与え、またこのシステムは真の
移動する目標物体と妨害現象との間の高度の識別を行な
うことができる。

伝送信号は監視下の区域内へ指向され、この区域内の物
体および目標物体から返えされた信号は一対の直角位相
ミキサで受信かつ処理され、通常は可聡周波数の一対の
ドップラ信号を与える。これらの信号の１つは処理され
てその正のゼロ軸交さを目的とする物体においてサンプ
ルパルスを発生する。ターゲットのドッブラ返信が与え
られている場合には、これらのパルスはもう一方ドップ
ラ信号のピ−ク点あるいはその付近で起る。サンプルピ
ーク信号を代表するものは貯蔵かつ積分されて積分出力
信号を与え、この信号は基準の二犠牲閥値と比較され、
積分出力信号がこの閥値を超えるとき‘こは、目標物体
存在の警報指示が生成される。妨害現象が存在する場合
には、サンプルパルスはランダムな時間に起って二極性
の変動する積分出力信号を発生し、この信号は所定闇値
を超えない。

真の移動する目標物体が存在する場合には、規則的な時
間関係のサンプルパルスが与えられ、所定閥値を超える
のに十分な値の積分出力信号を発生する。これによって
警報指示は真の移動する目標物体に応答するときにのみ
与えられる。本発明の典型的な実施態様では、ドップラ
信号の第一のものは対称リミッ外こよって処理され、サ
ンプル・保持回路の信号入力に印加される。ドップラ信
号の他のものは超高利得制限増幅器によって処理され、
この増幅器は受信入力信号に応答した方形出力を与える
。超高利得を制限する増幅器の方形出力は微分され、波
形の正向部分は増幅されてサンプル・保持回路のトリガ
入力にサンプルパルスを与える。サンプルパルスは超高
利得制限増幅器の出力信号の正ゼロ軸交さ点において起
る。サンプル・保持回路の出力は二極性積分器に印加さ
れ、積分器は正負の両信号を積分する。積分器出力は二
極闇値回路に印加され、その出力は警報指示器或いはそ
の他の同様な利用装置を駆動する。広帯域ノイズあるい
はクラッタのような妨害現象の条件下では、サンプルパ
ルスの発生時点でサンプル・保持回路によって貯蔵され
る信号の極性はランダム性のものであり、したがって、
サンプル・保持回路からの出力信号は、一般にシステム
の接地点となる基準レベルの上下に大体対称的に変化す
る煩向を有する。

したがってノイズ条件下の積分器は警報駆動のために所
定閥値を超過するのに十分な正あるいは負のいずれの方
向にも充電しない。しかしながら、移動する目標物体が
存在する場合には、サンプルパルスは直角位相チャンネ
ル信号の各サイクルの正あるいは負のピーク点あるいは
その付近で起り、１つの極性は入来する目標物体場合に
起り、他の樋性は出て行く目標物体の場合に起る。その
結果、一方向に移動する目標物体は積分器の正あるいは
負の充電を行い、積分器出力信号は、所定閥値を超過す
ると、目標物体存在の警報指示を発生する。本発明を添
付図面及び関連する以下の詳細な記載によりさらに詳細
に説明する。

本発明にしたがって構成されかつ動作する侵入警報シス
テムは第１図に示されるように、伝送トランスデューサ
１０を有し、このトランスデューサは発振器１２からの
信号によって付勢され、監視区域内に所定パターンのェ
ネルギを指向さ、せるように動作する。

監視区域から返えされたヱネルギは受信トランスデュー
サ１４で受信され、その出力は一対の直角位相混合器１
６の一入力として印加され、混合器１６の他の入力とし
ては発振器１２から発生する基準信号が印加される。直
角位相混合器１６は受信トランスデューサー１４からの
信号と、発振器１２からの直角位相対の搬送周波数信号
を受信する。

直角位相混合器１６は２つの混合器を有する。この２つ
の混合器のそれぞれは直角位相対の発振器信号の１つを
受信する。各混合器において、それぞれの発振器信号は
受信トランスデューサ１４からの信号と混合される。そ
の結果、各混合器は直角位相または１／４周期位相によ
り特徴づけられる出力ビート信号を他の混合器に発生す
る。このビート信号は１５〜１００ｍＬの範囲内である
。このビート信号は移動する目標物が存在する場合伝送
された搬送信号に対するドップラー効果によるものであ
る。それぞれのドップラー帯城通過フィルタ増幅器１８
，２川こ送られる。帯城通過フィル夕・増幅器２０の出
力は対称リミッタ２２に結合され、リミッタ２２の出力
はサンプル・保持回路２４の信号入力に印加される。リ
ミツタ２２は所定振幅範囲内の印加信号に対して線形動
作を与え、この範囲の限界を越える信号を制限する。サ
ンプル・保持回路２４の出力は積分回路２６に結合され
、積分回路２６は、二極性のものであって、正信号ある
いは負信号で動作し、それに対応して正向あるいは負向
の積分出力信号を生成する。積分器２６の出力は二極性
閥値回路２８に印加され、回路２８は警報指示器３０あ
るいはその他の同様な利用装置を作動させる出力信号を
与える。帯城通過フィル夕・増幅器１８の出力は超高利
得を制限増幅器３２に結合され、増幅器３２はそれに印
加される有効なすべての入力信号に応答して方形出力信
号を与えるように動作する。

制限増幅器３２の出力は微分器３４に結合され、微分器
３４の出力は正パルス増幅器３６に結合され、増幅器３
６の出力はサンプル・保持回路２４にサンプルパルスを
与える。パルス増幅器３６は内部関値を有する型のもの
であって、この閥値を越える印加信号のみが増幅され、
サンプル・保持回路２４に貯蔵された信号の効果的サン
プリングを行なうための狭幅パルスを生成するようにす
ることが好ましい。図示の実施態様では、パルス増幅器
３６は、微分器３４によって与えられる正極性パルスで
動作するが、特定の回路構成において所望されるならば
負極性微分器パルスでも全く同様に動作させることがで
きる。

移動する目標物体が低ドップラ周波数において低信号振
幅を生成する条件下では、ドップラ信号に付加される比
較的高レベルのハムあるいはノイズは擬似のゼロ軸交さ
を起し、誤サンプルパルスが誘導されうる。

このような擬似サンプルパルスはサンプリングされつつ
ある信号がサンプリングを意図しているものと反対極性
であるときに起り、その結果不適正サンプリングによっ
て積分出力信号にかなりの誤差が発生しうる。このよう
なノイズ条件によって起る擬似サンプリングを実質的に
減少するために、低域通過フィル夕３７を設け、超高利
得制限増幅器３２から出力信号を受け、パルス増幅器３
６へバイアス信号を送るようにする。低ドツプラ周波数
信号の条件下では、フィル夕３７によってパルス増幅器
３６に時間変化バイアス信号が印加され、サンプルパル
スが起るべきでない時にパルス増幅器によるサンプルパ
ルスの生成を防止する。低域通過フィル夕３７の出力波
形は一般に三角形であり、制限増幅器３２によって与え
られる方形波形の転移点で起るピークを有する。

フィル夕３７によって与えられるバイアスレベルが所定
の基準値を越えるときには、低域フィィルタ出力信号の
正ピーク点の付近において、パルス増幅器はサンプルパ
ルスを生成しない。

その結果、ノイズによって不適正に発生されるサンプル
パルスの大部分は低域通過フィル夕の作用によって禁止
される。

フィル夕３７のカットオフ点より高いドツプラ周波数に
おいては、バイアス調整は必要でなく、パルス禁止は与
えられない。たとえば、２弧伍の搬送波周波数の場合に
は、毎秒約２フィート以下で移動するターゲットによっ
て生成される１００日２以下のドップラ信号は、存在す
るノイズ成分による不適正サンプリングを経験し、この
ような擬似サンプリングは上述のバイアス技術によって
実質的に防止される。 ３移動する目標物体の存在にお
ける第１図のシステムの動作は第２Ａ図〜第２Ｇ図の波
形によって説明される。波形線図の文字符号は同じ文字
を付した第１図のポイントに対応する。第２Ａ図は帯城
通過フィル夕・増幅器２０の炉波されたドップ３ラ出力
信号を示し、第２Ｂ図は帯城フィル夕・増幅器１８から
の同様な信号を示し、この信号は回路２０からの信号と
直角位相関係にある。実線で示した第２Ａ図の波形は受
信器の方向に移動するターゲットの場合に起るものを代
表し、点線波形４は受信器から遠ご・かる目標物体を代
表し、したがって、入来する目標物体によって生成され
る波形に対して１８００の位相差がある。超高利得を制
限する増幅器３２によって第２Ｂ図の波形が処理された
のち、第２Ｃ図に示された方形波信号がリミツタ出力に
おいて生成される。

この方形波信号は微分器３４によって微分されて第２Ｄ
図に示されたパルスを生成し、これは徴タ分されつつあ
る方形波の正あるいは負の向きに応じて交互の正および
負の極性を有する。微分器出力パルスは正極性の信号に
応答するパルス増幅器３６に印加され、第２Ｅ図に示さ
れたような出力パルスを生成する。前述したように、パ
ルス増幅０器３６は内部閥値を有し、それに印加される
入力信号のピークのみを増幅し、制限増幅器３２からの
方形波出力のゼロ交さの時点で起る第２８図の狭幅パル
スを与える。第２Ａ図に示した帯城通過フィル夕・増幅
器２夕０からの信号は対称リミッタ２２に印加され、リ
ミッタ２２は入力信号が予め設定された上部および下部
基準レベルを超過するときにのみ制限動作を行ない、サ
ンプル・保持回路の過負荷を起しうる信号伝達を防止し
、この過負荷は非対称性を生成して積分器を急速に駆動
する電圧オフセットまたはサンプル信号レベルあるいは
両者を生ずる結果となり、この両者は擬似警報を発生し
うるものである。

サンプル・保持回路２４はトパルス増幅器３６からのサ
ンプルパルスによって規定される時点においてリミッタ
２２からの信号の電位を保持し、サンプル・保持回路の
出力信号は第２Ｆ図に示されている。第２Ｆ図の実線波
形は一方向に移動するターゲットに応答して生成され、
点線波形は反対方向に移動するターゲットに対して生成
される。第２Ｆ図に示されているように、サンプル・保
持回路からの出力信号は、サンプル・保持回路内のコン
デンサのサンプルパルス間の放電に起因してやや減４・
する。パルス増幅器３６によって与えられる各後続サン
プルリングパルスは、リミツタ２２から印加される入力
信号のサンプルレベルまで回路コンデンサの再充電を行
なう。積分器２６は、サンプル・保持回路２４の出力信
号に応答して、第２Ｇ図に示された実線あるいは点線波
形を与え、これは移動するターゲットがトランスミッタ
に近ずく方向か、あるいはそれから遠ざかる方向かに依
存するものであり、その値はサンプル・保持回路２４か
らの出力信号の持続中一方向的に増大する。正閥値（十
闇値）および負関値（一関値）は閥値回路２８によって
与えられる所定値のものであり、積分器出力信号によっ
てそれが超過されると、警報指示器３０に印加されるべ
き信号を発生し、それを付勢して移動する目標物体の検
出を表示する。目標物体が入来しつつある場合には、積
分器出力信号は正の方向に積タ分され、正関値を越える
と警報指示を発生する。目標物体が出て行きつつある場
合には、積分器２６の出力信号は負の方向に積分され、
負閥値を越えると警報作動を起す。閥値しベルは予期さ
れるターゲット信号の振幅と持続時間にもとづいて決Ｊ
定される。かくして、上述のシステムは目標物体の信号
の存在下において動作し、移動する目標物体の相対的移
動方向に依存して各サイクルの正あるいは負のピークに
おける目標物体の信号をサンプリングＺし、サンプリン
グされた信号は積分器の一方向充電を行なって出力信号
を与え、この出力信号が所定関値しベルを超過すると警
報作動を起す。

このシステムはノイズあるいは他の妨害現象の存在にお
いては警報指示を生成せず、このようなノイズあるいは
擬似信号条件の存在における擬似信号に実質的に不惑性
である。警報指示は可聴あるいは可視警報あるいは守衛
所あるいはポリスステーションのような遠隔受信所へ伝
送するための目標物体検出の信号指示である。一方、移
動目標物体がなく、妨害現象によるノイズが発生して受
波器に入った場合、その信号は一般的に規則性のないラ
ンダムな信号である。これが移動目標物体存在下におけ
る規則性のあるビート周波数を発生するのと異なる点で
ある。クラッタおよびノイズの存在における第１図のシ
ステムの動作は第３Ａ図〜第３Ｇ図の波形によって説明
される。

このようなノイズ条件のもとでは、直角位相混合器１６
からのドップラ信号は、各回路２０，１８による帯域通
過炉波および増幅操作後、それぞれ第３Ａ図および第３
Ｂ図に示されているような様相を呈し、ランダムな振幅
と方向を有する信号であることがわかる。制限増幅器３
２による高利得制限後、帯域通過フィル夕・増幅器１８
からの信号は第３Ｃ図に示されているとおりであり、第
３Ｂ図の波形のゼロ交さ点に応答して与えられる方形信
号である。

微分器３４の微分器出力は第３Ｄ図に示されたとおりで
あり、正の微分器出力パルスは、正パルス増幅器３６で
増幅後、第３８図に示されたとおりであり、第３Ｂ図の
波形のゼロ交さの時点に応じてランダムな時点で起る。
かくして第３Ａ図の波形はランダムな時点でサンプリン
グされ、かつ第３Ａ図の波形はゼロ平均値を有するから
、サンプル・保持回路からの合成出力信号もまた、第３
Ｆ図に示されているようにゼロ平均値を有する。第３Ｇ
図に示された積分器出力信号は、サンプル・保持回路２
４からの出力信号に応答して与えられ、閥値回路２８に
よって与えられる所定閥値を超過せず、むしろゼロ基準
ラインの上下に変動する。図示のクラッタおよびノイズ
の条件下では、予め設定された閥値は積分器出力信号に
よって超過されないから警報指示は与えられない。理解
されるように、上述の本発明の実施態様は半波形態のも
のであり、正あるいは負のドップラ信号に応答して動作
し、鏡サイクル１つのサンプルを生成する。

本発明の全波形実施態様は第４図に示されており、ドッ
プラサィクル毎に２つのサンプルが与えられ、ノイズ条
件の存在における積分器の出力の変動レベルを低くする
ことができる。第４図に示すように、リミッタ２２から
の信号はサンプル・保持回路２４に印加され、その出力
は、第１図のシステムに関連して上述したように、積分
器２６の一入力に印加される。

サンプル・保持回路２４用のサンプルパルスは正パルス
増幅器３６によって与えられ、増幅器３６は微分器３４
から微分信号を受ける。リミッタ２２から０の信号はま
たィンバータ回路４０‘こも印加され、その出力は第二
のサンプル・保持回路４２に印加される。回路４２の出
力は積分器２６の一入力に印加される。サンプル・保持
回路４２用のサンプルパルスは負パルス増幅器４４によ
って与えら夕れ、増幅器４４もまた微分器３４から入力
信号を受ける。パルス増幅器３６は微分器からの正信号
に応答し、一方パルス増幅器４４はそれからの負債号に
応答する。

積分器２６は前述したように二極性鏡０分器であり、そ
れに印加される入力信号の極性に応じて正あるいは負の
方向の出力信号を与えるように動作する。積分器２６の
出力信号は閥値回路２８に印加され、これは第１図のシ
ステムと同様である。第４図には示されていないが、リ
ミッタ３２からの信号の低域通過炉波によるパルス増幅
器３６，４４のバイアス調整は、第１図の実施態様にお
けると同様に与えられることができ、低ドップラ周波数
信号条件下のノイズによって起る擬似信号を最少にする
。動作において、パルス増幅器３６は微分器出力信号の
正ピークに応答してサンプルパルスを生成し、一方パル
ス増幅器４４‘ま微分器出力信号の負ピークに応答して
サンプルパルスを生成する。

それによって１ドツプラサイクル当り２つのサンプルパ
ルスが与えられ、ノイズの存在において、積分器出力信
号によりランダムで、したがってより低い変動レベルを
生起し、システム閥値を誤信号により越える機会をさら
に低減し、擬似警報をさらに減少する。真の移動する目
標物体が存在する場合には、受信した直角位相信号の全
波サンプリングにより「サンプル・保持回路からの出力
信号をほぼその最大出力値に維持することが可能になる
。というのは「サンプルパルス間の間隔がさらに短かく
なるからである。理解されるように、この発明は、特定
の動作要件に適応するように種々な形態で具体化できか
つ種々な方法で実施できる。

したがって、特許請求の範囲において規定される以外、
これまで図示しかつ記載されたものによってこの発明を
制限することを意図するものでない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による侵入警報システムのブロック線
図である。 第２Ａ図〜第２Ｂ図は移動するターゲットの存在におけ
るこの発明の動作を例示するのに有用な波形である。第
３Ａ〜第３Ｇ図は妨害現象の存在におけるこの発明の動
作を例示するのに有用な波形である。第４図は第１図の
システムの別形実施態様のブロック線図である。１０…
・・・伝送トランスデューサ、１２……発振器、１４…
・・・受信トランスデューサ、１６・・・・・・直角位
相ミキサ、１８，１９・…・・ドツプラ帯城フィル夕・
増幅器、２２・・・・・・対称リミッタ、２４…・・・
サンプル・保持回路、２６・…・・積分器、２８…・・
・二極限界回路、３０・・・・・・警報指示器、３２・
・・・・・非常高ゲイン制限増幅器、３４・・・・・・
微分器、３６・・・・・・正パルス増幅器、３７・…・
・低域フィル夕、４０……ィンバー夕、４２……サンプ
ル・保持回路、４４・・・・・・負パルス増幅器。 ＦＩＧ．！ ＦＩＧ．２Ａ ＦＩＧ．２８ ＦＩＧ．２Ｃ ＦＩＧ．２０ ＦＩＧ．２Ｅ ＦＩＧ．２Ｆ ＦＩＧ．２Ｇ ＦＩＧ．３Ａ ＦＩＧ‐３８ ＦＩＧ．３Ｃ ＦＩＧ．３０ ＦＩＧ．ＳＥ ＦＩＧ．３Ｆ ＦＩＧ．３Ｇ ＦＩＧ．４

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 監視区域内に於て、目標とする移動目標物体を他の
   妨害現象と識別して検出する侵入警報システムにおいて
   、 監視区域内に信号を発する送波器および前記区域内
   からの前記信号の反射信号を受信する受波器と、 前記
   受信信号に対応して監視区域内に移動目標物体が存在す
   る場合に、１／４周期の位相差をもつドツプラー信号を
   その成分として含む第１および第２の信号を発生する回
   路と、 前記第１の信号に応答して移動目標物体の存在
   下ではドツプラー信号の周波数に応じた正規時間間隔で
   、他方妨害現象の存在においては妨害波の下規則性に応
   答するため、ランダム時間間隔でサンプルパルスを発生
   する回路と、 前記サンプルパルスの発生時に第２の信
   号のもつ電圧をサンプリングし貯蔵する回路と、前記の
   貯蔵信号を積分し、移動目標物体の存在下ではその積分
   値が正又は負の一方向に増大し、他方妨害現象の存在に
   おいては、その積分値は正負ランダムに変化する積分出
   力信号を発生する積分回路と、 前記の積分された出力
   が或る正負の閾値レベルを越えた時にのみ出力信号を発
   生する閾値レベルを有する閾値回路と、 前記閾値回路
   から発生する出力信号に応答して警報指示又は出力を与
   える警報回路と、からなることを特徴とする侵入警報シ
   ステム。