ES2256985T3 - Avisador de movimiento segun el principio doppler. - Google Patents

Abstract

Avisador de movimiento según el principio doppler, con un módulo de microondas (4) para emitir una señal de microondas que contiene al menos dos frecuencias (f1, f2) en un espacio de vigilancia y para la recepción de la radiación reflejada desde este espacio de vigilancia y con una etapa de evaluación (8) conectada al módulo de microondas (4), en la cual a partir de la radiación recibida se generan primeras y segundas señales doppler, que presentan una diferencia de fases proporcional a la distancia (r) de un objeto que refleja la señal de microondas, caracterizado porque la determinación de la diferencia de fases se realiza mediante una transformación integral.

Description

Avisador de movimiento según el principio Doppler.

La invención se refiere a un avisador de movimiento según el principio Doppler con un módulo de microondas para emitir una señal de microondas que contiene al menos dos frecuencias en un espacio de vigilancia y para la reflexión de la radiación reflejada por el mismo y con una etapa evaluadora conectada al módulo de microondas en la que a partir de la radiación reflejada recibida se generan primeras y segundas señales doppler, que presentan una diferencia de fase proporcional a la distancia a un objeto que se mueve en el espacio de vigilancia.

Los avisadores de movimiento que funcionan según el principio Doppler, que se utilizan bien solos o bien como los llamados avisadores duales juntamente con los avisadores de infrarrojos pasivos, tienen el punto débil de que los objetos pequeños que se encuentran en las proximidades del avisador, como por ejemplo insectos o gotas de lluvia, son muy difíciles de distinguir de objetos más grandes y más alejados, con lo que una diferenciación entre personas más alejadas y pequeños animales domésticos a una distancia media e insectos muy próximos, es muy difícil o incluso se ve imposibilitada. Además, existe el problema de que los objetos fijos que oscilan, como por ejemplo cortinas movidas por el viento o alas de ventana o también ventiladores, no pueden ser diferenciados de procesos efectivos de movimiento. Debido a estos inconvenientes, presentan estos avisadores de movimiento una tasa de alarmas erróneas relativamente elevada y se utilizan por lo tanto prácticamente sólo como avisadores duales.

Para evitar los inconvenientes mencionados se propuso en la US-A- 4 697 184 emitir una señal de microondas con frecuencias que alternan y a partir de la señal reflejada por un objeto en el espacio de vigilancia, derivar primeras y segundas señales doppler que presentan una diferencia de fase proporcional al alejamiento del objeto. La diferencia de fases se mide y se activa una señal de alarma cuando ésta sobrepasa durante un tiempo determinado un valor límite prescrito. En este sistema no se suprimen o se suprimen sólo débilmente perturbaciones debido a la propagación multivía, como por ejemplo reflexiones en paredes, suelo y techo y ruidos. La US-A- 4 203 113 muestra también una señal de microondas con frecuencias que alternan para la medición de distancia y dirección de movimiento.

Mediante la invención debe indicarse en consecuencia un avisador de movimiento del tipo mencionado al principio en el que se supriman con seguridad las citadas perturbaciones.

Esta tarea se resuelve en el marco de la invención determinando la diferencia de fases mediante una transformación integral.

La transformación integral tiene respecto a otros procedimientos para la medición de fases la ventaja de que se suprimen mejor los ruidos y otras perturbaciones.

Una primera forma constructiva preferente del avisador de movimiento correspondiente a la invención se caracteriza porque la transformación integral se utiliza adicionalmente para la determinación del signo de la diferencia de fases y/o de la velocidad radial del correspondiente objeto en relación con el avisador.

Una segunda forma constructiva preferente del avisador de movimiento correspondiente a la invención se caracteriza porque la transformación integral se utiliza adicionalmente a la determinación de la intensidad de la señal recibida.

Una tercera forma constructiva preferente del avisador de movimiento correspondiente a la invención se caracteriza porque a la salida del módulo de microondas se posconectan dos canales en los que las señales se amplifican, se filtran y se llevan a respectivos convertidores análogico/digitales y porque la transformación integral consiste en integrar la magnitud de las señales en ambos canales, multiplicar las señales e integrar igualmente el resultado de esta multiplicación, así como dividir la señal que resulta.

Una cuarta forma constructiva preferente del avisador de movimiento correspondiente a la invención se caracteriza porque el módulo de microondas está configurado para el envío de una señal de microondas que contiene más de dos frecuencias.

Esta forma constructiva tiene la ventaja de que mediante el envío de más de dos frecuencias pueden resolverse ambigüedades como las que pueden presentarse en el servicio con dos frecuencias. Tales ambigüedades pueden venir originadas por ejemplo por reflexiones a mucha distancia, que son suprimidas en el avisador de movimiento descrito en la citada US-A-4 697 184 mediante un hardware relativamente costoso y por lo tanto caro.

Una quinta forma constructiva preferente del avisador de movimiento correspondiente a la invención se caracteriza porque a la salida del módulo de microondas está posconectada una cantidad de canales correspondiente a la cantidad de frecuencias, en los cuales las señales se amplifican, se filtran y se llevan a respectivos convertidores analógico/digital, y porque la transformación integral está formada por una transformación de Fourier, una transformación rápida de Fourier o una transformación Wavelet.

Una sexta forma constructiva preferente del avisador de movimiento correspondiente a la invención se caracteriza porque el módulo de microondas y la etapa evaluadora forman parte de un primer detector de un avisador dual que además contiene un segundo detector, preferentemente un detector de infrarrojos pasivo y porque las señales del primer detector y aquéllas del segundo detector son llevadas a una etapa de procesamiento común en la cual se realiza la combinación de las citadas señales.

En otra forma constructiva preferente del avisador de movimiento correspondiente a la invención, incluye el resultado de la combinación un dictamen sobre la cualidad del objeto que se mueve en el espacio de vigilancia.

A continuación se describirá más en detalle la invención en base a un ejemplo de ejecución representado en el único dibujo. Éste muestra un esquema de bloques de un avisador dual compuesto por un avisador de microondas correspondiente a la invención y un avisador de infrarrojos pasivo.

El avisador dual representado está compuesto por un avisador de microondas 1, un avisador de infrarrojos pasivo 2 y una etapa de procesamiento común 3, a cuya salida, cuando existe alguien no autorizado que penetra en el espacio de vigilancia vigilado por el avisador representado, puede obtenerse una señal de alarma. El avisador de alarmas 1 contiene un módulo de microondas 4 para emitir y recibir microondas. El módulo de microondas 4 lleva asociado un generador de microondas 5, que genera una señal de microondas con al menos dos frecuencias fijas f_{1} y f_{2}, que se llevan periódicamente al módulo de microondas 4 y a un interruptor 6 posconectado al mismo. El módulo de microondas 4 se conmuta por lo tanto periódicamente entre ambas frecuencias f_{1} y f_{2} y se acciona correspondientemente el interruptor 6.

En la técnica de radar, se conocen distintos procedimientos para la medición de distancias, midiendo los dos más usuales, bien el tiempo que necesita un impulso de emisión corto desde la antena emisora hasta el objeto y de retorno hasta la antena receptora (radar pulsatorio con medición del tiempo de recorrido), o bien la frecuencia diferencial entre la señal emitida con la frecuencia f en el instante t y la señal de recepción que ha sido enviada en el instante t - \Delta con otra frecuencia f - \Deltaf (radar FM).

Cuando en un radar doppler se utilizan dos o más frecuencias fijas, entonces las correspondientes señales Doppler tienen a la salida del mezclador de recepción una relación de fase definida entre sí. En el caso de dos frecuencias fijas (Diplex) f_{1} y f_{2} con una diferencia de frecuencias \Delta\omega, resulta la diferencia de fases \Delta\varphi a la salida del mezclador de recepción

\Delta\varphi \cong (2\Delta\omega/c)r

siendo c la velocidad de la luz y r la distancia buscada entre el avisador y el objeto que refleja la radiación de microondas. Esta igualdad sirve sin modificación también para el caso de varias frecuencias fijas (Multiplex). La medición de fase es cíclica; la ambigüedad que resulta del resultado para la distancia r ha de ser eliminada limitando el alcance del módulo de microondas o bien mediante un adecuado multiplex en frecuencia.

Mediante el interruptor 6 se distribuye la señal de salida del módulo de microondas 4 entre dos canales idénticos K_{1} y K_{2}, en los que las señales se amplifican y filtran y se llevan a respectivos convertidores analógico/digitales 7_{1} y 7_{2}. Las señales digitales se llevan a continuación, tras otro filtrado digital para eliminar perturbaciones (no representado), a una etapa evaluadora 8, en la cual se realiza esencialmente una transformación integral de las señales de ambos canales K_{1} y K_{2}. Transformación integral es, con carácter muy general, la transformación provocada por un operador integral de una función, la llamada función objeto, en otra función, la llamada función resultado, que se denomina también imagen de la transformación integral, para obtener funciones resultado más sencillas de manejar y lograr a través de su tratamiento resultados más sencillos sobre la función objeto.

Ejemplos de una transformación integral son transformación de Fourier, transformación rápida de Fourier, transformación de Laplace y transformación Wavelet. Estos procedimientos se utilizan en el caso presente especialmente cuando la señal de microondas contiene más de dos frecuencias y correspondientemente se prevén también más de dos canales K_{1} y K_{2}. Cuando sólo hay dos frecuencias f_{1} y f_{2} y correspondientemente dos canales K_{1} y K_{2}, la transformación integral consiste en integrar las magnitudes de las señales en ambos canales K_{1} y K_{2}, multiplicar las señales e integrar igualmente el resultado de la multiplicación y a continuación dividir entre sí las tres integrales que resultan. Esta división aporta el coseno de la diferencia de fases \Delta\varphi y con ello directamente la distancia r buscada. Adicionalmente a la distancia r, puede deducirse también a partir de la transformación integral la dirección de movimiento (signo d), la velocidad radial v del objeto en relación con el avisador y la intensidad s de la señal recibida.

Cuando se utiliza por ejemplo una transformación de Fourier, entonces se obtienen por cada canal directamente las magnitudes frecuencia (proporcional a la velocidad radial), fase y amplitud. Las señales del objeto movido dan en todos los canales aproximadamente la misma frecuencia y amplitud, pero distinta fase. Entonces, la magnitud de la diferencia de fases entre dos canales es proporcional a la distancia r, y el signo d de la diferencia de fases de dos canales da la dirección del movimiento. Cuando la diferencia de fases entre dos canales se forma de tal manera que la fase resultante del canal con la frecuencia de envío más elevada se sustrae de la fase resultante del canal con una frecuencia de envío más baja, entonces el signo que resulta es positivo para un movimiento que se aleja del módulo de microondas 4 y negativo para un movimiento que se acerca al mismo.

En el caso más sencillo con sólo dos frecuencias y sin la utilización de la transformación de Fourier, puede obtenerse el signo por ejemplo mediante el establecimiento de las diferencias de fase de medidas sucesivas, es decir, mediante diferenciación de la fase según el tiempo. Al respecto, significa un d\varphi/dt negativo un movimiento que se acerca al módulo de microondas 4 y un d\varphi/dt positivo un movimiento que se aleja del mismo. La amplitud, que es aproximadamente igual en ambos canales, resulta directamente mediante integración de las magnitudes de las señales. La frecuencia se obtiene por el contrario no a partir de las integrales, sino por ejemplo computando los pasos por cero en un determinado intervalo de tiempo.

Los citados parámetros se llevan a la etapa de procesamiento 3, que también está unida con el avisador de infrarrojos pasivo 2. El avisador de infrarrojos pasivo 2 se presupone que es conocido y por tanto no se describe aquí más en detalle. Remitimos en este contexto por ejemplo a la EP-A-0 646 901, la EP-A-0 303 913 y la EP-A-0 707 294. El avisador de infrarrojos pasivo 2 reacciona a la radiación del cuerpo de un ser humano en la zona espectral de infrarrojos y el avisador de microondas 1 al decalaje de frecuencias originado por el efecto doppler del ultrasonido reflejado por el cuerpo que penetra y que se mueve. Mediante combinación de ambos principios, puede reconocerse la penetración indeseada de una persona en el espacio protegido con una seguridad y selectividad mayor que cuando se utiliza sólo uno de ambos procedimientos de detección. De esta manera puede evitarse con mayor seguridad una emisión de alarma errónea.

En la etapa de procesamiento 3 se combinan entre sí los cuatro parámetros r, v, d y s del avisador de microondas 1 y las señales del avisador de infrarrojos pasivo 2 de tal manera que puede realizarse un dictamen sobre la calidad del objeto que se mueve. Para el dictamen "persona", se activa una alarma, mientras que para los dictámenes "ventilador", "animal pequeño" o "insecto", no son necesarias otras acciones.

El dictamen "persona" tiene lugar cuando reaccionan ambos avisadores y cuando adicionalmente la intensidad de la señal s para la correspondiente distancia r sobrepasa un valor determinado. La presencia de un animal pequeño se reconoce porque la intensidad de la señal para la correspondiente distancia no alcanza el valor asignado a una persona y lo mismo sirve para un insecto. Un ventilador se reconoce porque el avisador de infrarrojos pasivo 2 no ha reaccionado.

Con la velocidad radial v y el signo d son posibles en particular las siguientes evaluaciones:

\bullet

Mediante integración con el signo correcto de la velocidad v resulta por ejemplo el trayecto recorrido, lo cual hace reconocibles y posibles de distinguir perturbaciones como cortinas que oscilan (la trayectoria es muy pequeña, permaneciendo la cortina en su lugar) o ventiladores (la trayectoria es grande, pero la distancia es constante) y similares.

\bullet

Mediante el conocimiento de la velocidad v puede predecirse dónde se debería encontrar el objeto en el instante de la siguiente medición, lo cual por lo general aumentará la precisión de la medición.

\bullet

Mediante una combinación adecuada con las señales del avisador de infrarrojos pasivo 2 es realizable una determinación bidimensional de la posición del objeto que se mueve en el espacio.

Mencionemos además que el avisador de movimiento evidentemente presenta un equipo denominado de desenmascaramiento para la vigilancia frente al sabotaje. El mismo no es objeto de la presente invención y por lo tanto no se describe aquí más en detalle. Remitimos a este respecto a la solicitud de patente europea nº 99 110 848.1 de la solicitante de la presente invención, así como a la EP-A-0 476 397. La descripción del avisador de microondas 1 como parte integrante de un avisador dual no ha de entenderse como limitativa y no significa que el avisador de microondas 1 no pueda ser utilizado también aislado como avisador de microondas autónomo.

El avisador de movimiento correspondiente a la invención tiene las ventajas principales de que se mejora masivamente la tasa de alarmas falsas mediante la supresión en función de la distancia de las señales activadas por animales pequeños e insectos y que mediante la transformación integral pueden suprimirse mejor los ruidos y otras perturbaciones. Adicionalmente pueden también distinguirse varios objetos que se mueven, lo cual formula desde luego exigencias considerablemente mayores al procesamiento digital de la señal, en particular en cuanto a espacio de memoria y a potencia de cálculo. Estas ventajas se realizan con un coste adicional moderado en comparación con los avisadores duales de microondas/de infrarrojos pasivos.

Claims (9)

1. Avisador de movimiento según el principio doppler, con un módulo de microondas (4) para emitir una señal de microondas que contiene al menos dos frecuencias (f_{1}, f_{2}) en un espacio de vigilancia y para la recepción de la radiación reflejada desde este espacio de vigilancia y con una etapa de evaluación (8) conectada al módulo de microondas (4), en la cual a partir de la radiación recibida se generan primeras y segundas señales doppler, que presentan una diferencia de fases proporcional a la distancia (r) de un objeto que refleja la señal de microondas,

caracterizado porque la determinación de la diferencia de fases se realiza mediante una transformación integral.

2. Avisador de movimiento según la reivindicación 1,

caracterizado porque la transformación integral se utiliza adicionalmente a la determinación del signo (d) de la diferencia de fases y/o de la velocidad radial (v) del correspondiente objeto respecto al avisador.

3. Avisador de movimiento según la reivindicación 2,

caracterizado porque la transformación integral se utiliza adicionalmente para la determinación de la intensidad de señal (s) de la señal recibida.

4. Avisador de movimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3,

caracterizado porque a la salida del módulo de microondas (4) se posconectan dos canales (K_{1}, K_{2}) en los cuales las señales se amplifican, se filtran y se llevan a respectivos convertidores analógicos/digitales (7_{1}, 7_{2}), y porque la transformación integral consiste en integrar las magnitudes de las señales en ambos canales (K_{1}, K_{2}), multiplicar las señales e integrar igualmente el resultado de esta
multiplicación, así como dividir la señal que resulta.

5. Avisador de movimiento según la reivindicación 2 ó 3,

caracterizado porque el módulo de microondas (4) está configurado para enviar una señal de microondas que contiene más de dos frecuencias (f_{1}, f_{2}).

6. Avisador de movimiento según la reivindicación 5,

caracterizado porque a la salida del módulo de microondas (4) se posconecta una cantidad de canales (K_{1}, K_{2}) correspondiente a la cantidad de frecuencias (f_{1}, f_{2}) en los cuales la señal se amplifica, se filtra y se lleva a respectivos convertidores analógicos/digitales (7_{1}, 7_{2}), y porque la transformación integral está formada por una transformación de Fourier, una transformación rápida de Fourier o una transformación Wavelet.

7. Avisador de movimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6,

caracterizado porque el módulo de microondas (4) y la etapa evaluadora (8) son parte de un primer detector (1) de un avisador dual, que además contiene un segundo detector, ventajosamente un detector de infrarrojos pasivo (2) y porque las señales del primer y las señales del segundo detector se llevan a una etapa de procesamiento (3) común, en la cual se realiza una combinación de las citadas señales.

8. Avisador de movimiento según la reivindicación 7,

caracterizado porque el resultado de la combinación incluye un dictamen sobre la cualidad del objeto que se mueve en el espacio de vigilancia.

9. Avisador de movimiento según la reivindicación 4 ó 6,

caracterizado porque el signo de la diferencia de fases de dos canales (K_{1}, K_{2}) indica la dirección de movimiento del correspondiente objeto.