ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗАМОК Российский патент 2002 года по МПК E05B49/00 

Предлагаемый замок относится к технике защиты различных объектов от доступа посторонних лиц, в частности к электронным замкам.

Известны электронные замки (авт. св. СССР 358495, 475450, 506693, 592693, 699155, 878889, 1000547, 1201472, 1252468, 1326718, 1776744; патенты РФ 2002020, 2037046, 2043476, 2159836; патенты США 4831860, 5209088; патенты Великобритании 2141774, 2261254; патенты ФРГ 3407128, 3907326; патенты Франции 2559193, 2692309; патенты Японии 59-192167, 60-29912 и другие).

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является "электронный замок" (патент РФ 2159836, Е 05 В 49/00,2000), который и выбран в качестве прототипа.

При нахождении вблизи замка средства для кодирования, выполненного, например, в виде ключа или брелка, генератор излучает радиосигнал, частота которого преобразуется в средстве для кодирования, после чего опять излучается и принимается усилителем (приемником), настроенным на эту частоту. При совпадении частоты настройки с принимаемой частотой замок открывается. При этом данный замок использует сложные сигналы с фазовой манипуляцией, которые обладают структурной и энергетической скрытностью. Указанные сигналы позволяют применять новый вид селекции - структурную селекцию.

Однако указанный электронный замок отличается сравнительно низкими избирательностью и помехозащищенностью. Это объясняется тем, что в средстве 9 преобразования частоты одно и тоже значение промежуточной частоты W_ПР может быть получено в результате приема сигналов на двух частотах W_С и W₃, т.е.

W_ПР=W_С-W_Г и W_ПР=W_Г-W₃.

Следовательно, если частоту настройки W_С принять за основной канал приема, то наряду с ним будет иметь место зеркальный канал приема, частота W₃ которого отличается от частоты W_С на 2W_ПР и расположена симметрично (зеркально) относительно частоты гетеродина W_Г. Преобразование по зеркальному каналу приема происходит с тем же коэффициентом преобразования К_ПР, что и по основному каналу. Поэтому он наиболее существенно влияет на избирательность и помехозащищенность электронного замка.

Кроме зеркального существуют и другие дополнительные (комбинированные) каналы приема. Наиболее вредными комбинационными каналами приема являются каналы, образующие при взаимодействии несущей частоты сигнала с гармониками частоты гетеродина малого порядка (второй, третьей и т.д.), так как чувствительность электронного замка по этим каналам близка к чувствительности основного канала. Так, двум комбинационным каналам соответствуют две частоты (фиг.4):
W_КЛ=2W_Г-W_ПР, W_K2=2W_Г+W_ПР.

Наличие ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам, приводит к снижению избирательности и помехозащищенности электронного замка.

Технической задачей изобретения является повышение избирательности и помехозащищенности электронного замка путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам.

Поставленная задача решается тем, что в электронном замке, содержащем расположенные на объекте охраны радиопередатчик, радиоприемник, к выходу которого последовательно подключены первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, узкополосный фильтр, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом радиоприемника, фильтр нижних частот, коррелятор, второй вход которого соединен с выходом блока памяти, пороговый блок и исполнительный блок, кинематически связанный с механическим замком, и элементы включения, выполненные в виде механического замка с выключателем питания, соединенного с радиопередатчиком и радиоприемником, а также средство для кодирования, расположенное вне объекта охраны и выполненное в виде последовательно включенных первого колебательного контура, средства преобразования частоты, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом генератора модулирующего кода, и второго колебательного контура, средство преобразования частоты выполнено в виде последовательно подключенных к выходу первого колебательного контура первого смесителя, второй вход которого соединен с первым выходом гетеродина, первого усилителя промежуточной частоты, сумматора, перемножителя, второй вход которого соединен с выходом первого колебательного контура, узкополосного фильтра, амплитудного детектора и ключа, второй вход которого соединен с выходом сумматора, а выход подключен к первому входу фазового манипулятора, при этом к второму выходу гетеродина последовательно подключены первый фазовращатель на 90^o, второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом первого колебательного контура, второй усилитель промежуточной частоты и второй фазовращатель на 90^o, выход которого соединен с вторым входом сумматора.

Структурная схема предлагаемого электронного замка представлена на фиг. 1. Структурная схема средства 9 преобразования частоты представлена на фиг. 2. Временные диафрагмы, поясняющие принцип работы электронного замка, изображены на фиг.3. Частотная диаграмма, поясняющая процесс образования дополнительных каналов, показана на фиг.4.

Электронный замок содержит элементы 1 и 2 включения, выполненные, например, в виде механического замка с электрическим контактом, исполнительный механизм 3, радиопередатчик 4, радиоприемник 5, средство 6 для кодирования, индуктивности 7 и 8, средство 9 преобразования частоты, генератор 10 модулирующего кода, фазовый манипулятор 11, перемножители 12 и 13, узкополосный фильтр 14, фильтр 15 нижних частот, блок 16 памяти, коррелятор 17 и пороговый блок 18. Причем между колебательными контурами (индуктивностями) 7 и 8 последовательно включены средство 9 преобразования частоты и фазовый манипулятор 11, второй вход которого соединен с выходом генератора 10 модулирующего кода. К выходу радиоприемника 5 последовательно подключены первый перемножитель 12, второй вход которого соединен с выходом фильтра 15 нижних частот, узкополосный фильтр 14, второй перемножитель 13, второй вход которого соединен с выходом радиоприемника 5, фильтр 15 нижних частот, коррелятор 17, второй вход которого соединен с выходом блока 16 памяти, пороговый блок 18 и исполнительный блок 3, кинематически связанный с механическим замком 1 с выключателем 2 питания, соединенным с радиопередатчиком 4 и радиоприемником 5.

Средство 9 преобразования частоты содержит последовательно подключенные к выходу колебательного контура 7 первый смеситель 19, второй вход которого соединен с первым выходом гетеродина 21, первый усилитель 23 промежуточной частоты, сумматор 26, перемножитель 27, второй вход которого соединен с выходом колебательного контура 7, узкополосный фильтр 28, амплитудный детектор 29 и ключ 30, второй вход которого соединен с выходом сумматора 26, а выход подключен к первому блоку фазового манипулятора 11. К второму выходу гетеродина 21 последовательно подключены первый фазовращатель 22 на 90^o, второй смеситель 20, второй вход которого соединен с выходом колебательного контура 7, второй усилитель 24 промежуточной частоты и второй фазовращатель 25 на 90^o, выход которого соединен с вторым входом сумматора 26.

Подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному каналу на частоте W₃, осуществляется внешним кольцом, состоящим из смесителей 19 и 20, гетеродина 21, фазовращателей 22 и 25 на 90^o, усилителей 23 и 24 промежуточной частоты. Это кольцо реализует фазокомпенсационный метод.

Подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по первому и второму комбинационным каналам на частотах W_K1 и W_К2, осуществляется внутренним кольцом, состоящим из перемножителя 27, узкополосного фильтра 28, амплитудного детектора 29 и ключа 30. Это кольцо реализует метод узкополосной фильтрации.

Электронный замок работает следующим образом.

При нажатии на ручку 1 замка замыкаются контакты, подавая питание на радиопередатчик 4 и радиоприемник 5. Радиопередатчик 4 излучает сигнал высокой частоты:
U_C(t) = U_C•cos(W_ct+ϕ_C), 0≤t≤T_С,
где U_C, W_C, ϕ_C, T_C - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность сигнала.

Причем длительность Т_C сигнала определяется временем нажатия на ручку 1 замка.

Указанный сигнал принимается индуктивностью 7 (контуром), настроенным на несущую частоту W_C, и поступает на первые входы смесителей 19 и 20 средства 9 преобразования частоты, на вторые входы которых подаются напряжения гетеродина 21 соответственно:
U_Г1(t) = U_Г•cos(W_гt+ϕ_Г),
U_Г2(t) = U_Г•cos(W_гt+ϕ_Г+90⁰).
На выходе смесителей 19 и 20 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 23 и 24 промежуточной частоты выделяются напряжения промежуточной (разностной) частоты:
U_ПР1(t) = U_ПР•cos(W_ПРt+ϕ_ПР),
U_ПР2(t) = U_ПР•cos(W_ПРt+ϕ_ПР-90⁰), 0≤t≤Т_С,
где ,
K₁ - коэффициент передачи смесителей;
W_ПР=W_С-W_Г - промежуточная частота;
ϕ_ПР= ϕ_C- ϕ_Г.

Напряжение U_ПР2(t) с выхода усилителя 24 промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 25 на 90^o, на выходе которого образуется напряжение:

Напряжения U_ПР1(t) и U_ПР3(t) поступают на два входа сумматора 26, на входе которого образуется напряжение:
U∑(t) = U∑•cos(W_ПРt+ϕ_ПР),0≤t≤T_C,
где U∑ = 2U_ПР.
Это напряжение подается на первый вход перемножителя 27, на второй вход которого поступает сигнал U_С (t) с выхода колебательного контура 7. На выходе перемножителя 27 образуется напряжение
U₁(t) = U₁•cos(W_гt+ϕ_Г)+U₁•cos[(2W_C-W_Г)t+2ϕ_C-ϕ_Г],
где
К₂ - коэффициент передачи перемножителя.

Частота настройки W_H узкополосного фильтра 28 выбирается равной частоте W_Г гетеродина 21 (W_H=W_Г). Поэтому в полосу пропускания узкополосного фильтра 28 попадает напряжение:
U₂(t)=U₁•cos(W_гt+U_г),
которое после детектирования в амплитудном детекторе 29 поступает на управляющий вход ключа 30, открывая его. В исходном состоянии ключ 30 всегда закрыт.

При этом напряжение U∑(t) (фиг.3, а) с выхода сумматора 26 через открытый ключ 30 поступает на первый вход фазового манипулятора 11, на второй вход которого подается модулирующий код M(t) (фиг.3,б) с выхода генератора 10 модулирующего кода. На выходе фазового манипулятора 11 образуется фазоманипулированный (ФМн) сигнал на промежуточной частоте (фиг.3,в):
манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t) (фиг.3,6), причем ϕ_K(t) = const при Kτ_Э<t<(K+1)τ_Э и может изменяться скачком при t = Kτ_Э, т.е. на границах между элементарными посылками (К=1, 2,...,М-1):
τ_Э, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Т_С (T_C= N•τ_Э), который излучается в эфир посредством индуктивности (контура) 8, настроенной на промежуточную частоту W_ПР.

Указанный ФМн-сигнал принимается радиоприемником 5, настроенным на промежуточную частоту, и поступает на входы перемножителей 12 и 13. На второй вход перемножителя 13 с выхода узкополосного фильтра 14 подается опорное напряжение (фиг.3,г):
U₀(t) = U₀•cos(W_ПРt+ϕ_ПР),0≤t≤T_C
В результате перемножения указанных сигналов образуется результирующее колебание:

где
Аналог моделирующей функции (фиг.3, д):
U₄(t) = U₂•cosϕ_K(t)
выделяется фильтром 15 нижних частот и подается на первый вход коррелятора 17 и на второй вход перемножителя 12, на выходе которого образуется гармоническое колебание
0≤t≤Т_С,
где
Данное колебание выделяется узкополосным фильтром 14 и подается на второй вход перемножителя 13.

Следовательно, перемножители 12 и 13, узкополосный фильтр 14 и фильтр 15 нижних частот обеспечивают выделение модулирующего кода M(t) из принимаемого ФМн-сигнала, т.е. синхронное его детектирование.

Необходимым условием синхронного детектирования ФМн-сигналов является наличие в точке приема опорного напряжения, имеющего постоянную начальную фазу и частоту, равную частоте принимаемого сигнала. Для выделения опорного напряжения непосредственно из принимаемого ФМн-сигнала разработан ряд интересных и оригинальных устройств (например, схемы Пистолькорса, Сифорова В. И., Костаса Д.Ф., Травина Г.А. и др.).

Однако указанным устройствам присуще явление "обратной работы", которое делает невозможным достоверное синхронное детектирование ФМн-сигналов.

Предлагаемые блоки, обеспечивающие синхронное детектирование принимаемого ФМн-сигнала, свободны от явления "обратной работы" и позволяют достоверно выделять модулирующий код M(t) (его аналог) из принимаемого ФМн-сигнала.

Аналог модулирующего кода U₄ (t) (фиг.3,д) с выхода фильтра 15 нижних частот поступает на первый вход коррелятора 17, на второй вход которого подающие модулирующие коды M₁(t)-M_n(t), записанные заранее в блоке 16 памяти, где n - количество сотрудников, имеющих доступ к электронному замку, а следовательно, и санкционированный доступ к объекту охраны.

Каждый сотрудник объекта охраны имеет свой индивидуальный модулирующий код, который записан в блоке 16 памяти и в персональном ключе (средство 6 для кодирования). Выделенный из принимаемого ФМн-сигнала аналог модулирующего кода в корреляторе 17 со своим прототипом, записанным в блоке 16 памяти, образует максимальное напряжение, пропорциональное корреляционной функции R(τ). Это напряжение превышает пороговый уровень U_ПОР в пороговом блоке 18. Пороговый уровень U_ПОР выбирается таким, чтобы его превышали только максимальные значения корреляционных функций. При превышении порогового напряжения U_ПОР в пороговом блоке 18 формируется управляющее напряжение, которое включает исполнительный механизм 3.

При отсутствии вблизи электронного замка средства для кодирования, которое может быть выполнено в виде ключа или брелка, сигнал на первом входе коррелятора 17 отсутствует и замок не открывается. Замок не открывается и в том случае, когда модулирующий код, записанный в брелоке его владельца, не соответствует ни одному из кодов M₁(t)-Mn(t), записанных в блоке 16 памяти.

Описанная выше работа электронного замка соответствует случаю приема полезного сигнала радиопередатчика 4 по основному каналу на частоте W_С (фиг. 4).

Если ложный сигнал (помеха) принимается по зеркальному каналу на частоте W₃:
W₃(t)=U₃cos(W_3t+U₃), 0≤t≤Т₃,
то усилителями 23 и 24 промежуточной частоты выделяются напряжения:

U_ПР5(t) = U_ПР4•cos(W_ПРt+ϕ_ПР4+90⁰),0≤t≤T₃,
где
W_ПР=W_Г-W₃ промежуточная частота;
ϕ_ПР4 = ϕ_Г-ϕ_З.
Напряжение U_ПР5(t) с выхода усилителя 24 промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 25 на 90^o, на выходе которого образуется напряжение:
0≤t≤T₃.

Напряжения U_ПР4(t) и U_ПР6(t), поступающие на два входа сумматора 26, на его выходе компенсируются.

Следовательно, ложный сигнал (помеха), принимаемый по зеркальному каналу на частоте W₃, подавляется.

Если ложный сигнал (помеха), принимается по первому комбинационному каналу на частоте W_K1:
U_K1(t) = U_K1•cos(W_K1t+ϕ_K1),0≤t≤T_K1,
то усилителями 23 и 24 промежуточной частоты выделяются напряжения:
U_ПР7(t) = U_ПР7•cos(W_ПРt+ϕ_ПР7)
U_ПР8(t) = U_ПР7•cos(W_ПРt+ϕ_ПР7+90⁰), 0≤t≤Т_к1,
где
W_пр=2W_Г-W_К1 - промежуточная часть
ϕ_ПР7 = ϕ_Г-ϕ_K1.
Напряжение U_ПР8 (t) с выхода усилителя 24 промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 25 на 90^o, на выходе которого образуется напряжение:
0≤t≤Т_К1
Напряжения U_ПР7(t) u U_ПР9(t), поступающие на два входа сумматора 26, на его выходе компенсируются.

Следовательно, ложный сигнал (помеха), принимаемый по первому комбинационному каналу на частоте W_K1, подавляется.

Если ложный сигнал (помеха) принимается по второму комбинационному каналу на частоте W_K2: U_K2(t) = U_K2•cos(W_K2t+ϕ_K2), тo усилителями 23 и 24 выделяются напряжения:
U_ПР10(t) = U_ПР10•cos(W_ПРt+ϕ_ПР10),
U_ПР11(t) = U_ПР10•cos(W_ПРt+ϕ_ПР10-90⁰), 0≤t≤T_К2,
где
W_ПР=W_К2-2W_Г - промежуточная частота
ϕ_ПР10 = ϕ_K2-ϕ_Г
Напряжение U_ПР11(t) с выхода усилителя 24 промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 25 на 90^o, на выходе которого образуется напряжение:
0≤t≤T_К2
Напряжения U_ПР10(t) и U_ПР12(t) поступают на два входа сумматора 26, на выходе которого образуется напряжение:
U_Σ2(t) = U_Σ2•cos(W_ПРt+ϕ_ПР10),
где U_Σ2 = 2U_ПР10
Это напряжение подается на первый вход перемножителя 27, на второй вход которого поступает ложный сигнал (помеха) U_К2(t). На выходе перемножителя 27 образуется напряжение:

0≤t≤Т_К2,
где
которое не попадает в полосу пропускания узкополосного фильтра 28. Ключ 30 не открывается и ложный сигнал (помеха), принимаемый по второму комбинационному каналу на частоте W_K2, подавляется.

По аналогичной причине подавляются и ложные сигналы (помехи), принимаемые по другим комбинационным каналам.

Таким образом, предлагаемый электронный замок по сравнению с прототипом обеспечивает повышение избирательности и помехозащищенности. Это достигается путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам.

Замок относится к технике защиты различных объектов от доступа посторонних лиц, в частности к электронным замкам. Электронный замок содержит элементы включения, исполнительный механизм, радиопередатчик, радиоприемник, средство для кодирования индуктивности (колебательные контуры), средство преобразования частоты, генератор модулирующего кода, фазовый манипулятор, перемножители, узкополосный фильтр, фильтр нижних частот, блок памяти, коррелятор и пороговый блок. Средство преобразования частоты содержит последовательно подключенные к выходу первого колебательного контура смесители, гетеродин, фазовращатели на 90^o, усилители промежуточной частоты, сумматор, перемножитель, узкополосный фильтр, амплитудный детектор и ключ. Техническим результатом является повышение избирательности и помехозащищенности электронного замка путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам. 4 ил.

Электронный замок, содержащий расположенные на объекте охраны радиопередатчик, радиоприемник, к выходу которого последовательно подключены первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, узкополосный фильтр, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом радиоприемника, фильтр нижних частот, коррелятор, второй вход которого соединен с выходом блока памяти, пороговый блок и исполнительный блок, кинематически связанный с механическим замком, и элементы включения, выполненные в виде механического замка с выключателем питания, соединенного с радиопередатчиком и радиоприемником, а также средство для кодирования, расположенное вне объекта охраны и выполненное в виде последовательно включенных первого колебательного контура, средства преобразования частоты, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом генератора модулирующего кода, и второго колебательного контура, отличающийся тем, что средство преобразования частоты выполнено в виде последовательно подключенных к выходу первого колебательного контура первого смесителя, второй вход которого соединен с первым выходом гетеродина, первого усилителя промежуточной частоты, сумматора, перемножителя, второй вход которого соединен с выходом первого колебательного контура, узкополосного фильтра, амплитудного детектора и ключа, второй вход которого соединен с выходом сумматора, а выход подключен к первому входу фазового манипулятора, при этом к второму выходу гетеродина последовательно подключены первый фазовращатель на 90^o, второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом первого колебательного контура, второй усилитель промежуточной частоты и второй фазовращатель на 90^o, выход которого соединен со вторым входом сумматора.