УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ С ДИСТАНЦИОННОЙ РАДИОСВЯЗЬЮ Российский патент 2003 года по МПК G08B13/08 

Устройство относится к области радиотехники и может быть использовано для защиты от краж автомобильного транспорта, индивидуальных садовых домов, а также для защиты от взлома квартир и пожарной сигнализации.

Известны устройства для охранно-пожарной сигнализации (авт. свид. СССР 339.928, 386.416, 571.821, 788.136, 824.252, 924.735, 1.117.673, 1.661.815, 1.730.648, 1.783.561, 1.836.707; патент РФ 2.054.690; патенты США 4.023.163, 4.751.499, 5.281.953; патент Великобритании 2.269.970; патент Германии 4.242.973; патент Японии 5-52.999 и другие).

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является "Устройство для охранной сигнализации с дистанционной радиосвязью" (авт. свид. СССР 1.730.648, G 08 В 13/08, 1990), которое и выбрано в качестве прототипа.

Данное устройство обеспечивает сигнализацию о вскрытии или угоне автомобилей и эффективного их обнаружения, а также защиту от взлома индивидуальных садовых домов и пожарную сигнализацию. Устройство при необходимости охраны одновременно многих объектов обеспечивает также высокую эффективность использования частотного диапазона, так как позволяет для охраны многих объектов использовать радиоканал одной частоты, например частоты fc=26,945 кГц, выделенной для дистанционной охранной сигнализации.

Технической задачей изобретения является повышение информативности устройства для охранной сигнализации с дистанционной радиосвязью путем использования на одной несущей частоте сложных сигналов с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией (АМ-ФМН).

Поставленная задача решается тем, что в устройство, содержащее передающую станцию, включающую блок датчиков, к первому выходу которого подключен опорный генератор, и передатчик, к выходу которого подключена передающая антенна, приемную станцию, содержащую приемник, к входу которого подключена приемная антенна, и последовательно соединенные усилитель сигналов звуковой частоты и акустический излучатель, введены на передающей станции источник дискретных сообщений, фазовый манипулятор, источник аналоговых сообщений и амплитудный модулятор, причем к выходу опорного генератора последовательно подключены фазовый манипулятор, второй вход которого через источник дискретного сообщения соединен с вторым выходом блока датчиков, амплитудный модулятор, второй вход которого через источник аналогового сообщения также соединен с вторым выходом блока датчиков, и передатчик, второй вход которого соединен с вторым выходом блока датчиков, на приемной станции удвоитель фазы, два анализатора спектра, блок сравнения, ключ, синхронный детектор, амплитудный ограничитель, линия задержки, фазовый детектор и блок регистрации, причем к выходу приемника последовательно подключены удвоитель фазы, второй анализатор спектра, блок сравнения, второй вход которого через первый анализатор спектра соединен с выходом приемника, ключ, второй вход которого соединен с выходом приемника, амплитудный ограничитель и синхронный детектор, второй вход которого соединен с выходом ключа, а выход подключен к усилителю сигналов звуковой частоты, к выходу амплитудного ограничителя последовательно подключены линия задержки, фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом амплитудного ограничителя, и блок регистрации.

Структурная схема предлагаемого устройства представлена на фиг.1. Временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства, изображены на фиг.2.

Устройство для охранной сигнализации с дистанционной радиосвязью содержит передающую станцию 1 и приемную станцию 10.

Передающая станция 1 содержит последовательно включенные блок 2 датчиков, опорный генератор 3, фазовый манипулятор 5, второй вход которого через источник 4 дискретных сообщений соединен с вторым выходом блока 2 датчиков, амплитудный модулятор 7, второй вход которого через источник 6 аналоговых сообщений соединен с вторым выходом блока 2 датчиков, передатчик 8, второй вход которого соединен с вторым выходом блока 2 датчиков, и передающую антенну 9.

Приемная станция 10 содержит последовательно включенные приемную антенну 11, приемник 12, удвоитель 14 фазы, второй анализатор спектра 15, блок 16 сравнения, второй вход которого через первый анализатор спектра 13 соединен с выходом приемника, ключ 17, второй вход которого соединен с выходом приемника 12, амплитудный ограничитель 18, синхронный детектор 19, второй вход которого соединен с выходом ключа 17, усилитель 20 сигналов звуковой частоты и акустический излучатель 21. К выходу амплитудного ограничителя 18 последовательно подключены линия задержки 22, фазовый детектор 23, второй вход которого соединен с выходом амплитудного ограничителя 18, и блок 24 регистрации.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии при отсутствии тревожной ситуации в передающей станции 1 на выходах блока 2 датчиков потенциал низкого логического уровня, передатчик 8 выключен.

При возникновении тревожной ситуации, регистрируемой хотя бы одним из датчиков (например, установленных на дверях, капоте и багажнике автомобиля) блока 2 датчиков, на его выходах устанавливается потенциал высокого логического уровня, который разрешает работу опорного генератора 3, источника 4 дискретных сообщений, источника 6 аналоговых сообщений и передатчика 8.

При этом опорный генератор 3 формирует высокочастотные колебания (фиг.2, а)
Uc(t)=Vc•cos(Wc•t+ϕc), 0≤t≤Tс,
где Vc, Wс, ϕc, Тc - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность высокочастотных колебаний;
которые поступают на первый вход фазового манипулятора 5, на второй вход которого подается модулирующий код M(t) с входа источника 4 дискретных сообщений (фиг. 2, б). На выходе фазового манипулятора 5 образуется фазоманипулированный (ФМН) сигнал (фиг.2, в)
U_I(t) = Vc•cos•[Wct+ϕk(t)+ϕc], 0≤t≤Tс.

где ϕk(t) = {0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t) (фиг.2, б), причем ϕк(t)=const при Kτэ<t<(K+1)τэ и может изменяться скачком при t - Kτэ, т.е. на границах между элементарными посылками (К=1,2,....N- 1);
τэ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Тс(Тс=Nτэ),
который поступает на вход амплитудного модулятора 7. На второй вход последнего с выхода источника 6 непрерывных сообщений подается модулирующая функция m(t) амплитудной модуляции (фиг.2, г). На выходе амплитудного модулятора 7 образуется сложный сигнал с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией (AM -ФМН) (фиг.2, д)
U₂(t) = Vc•[l+m(t)]•cos•[Wct+ϕк(t)+ϕc], 0≤t≤Tc,
где m(t) - модулирующая функция амплитудной модуляции, обеспечивающая передачу, например следующей речевой информации: "Угон автомобиля ВАЗ 2108, цвет желтый, номерной знак Д0613 ЛД".

Указанный сигнал после усиления в передатчике 8 излучается передающей антенной 9 в эфир, а затем улавливается приемной антенной 11 приемной станции 10. С выхода приемника 12 принимаемый АМ-ФМН-сигнал поступает на вход удвоителя 14 фазы, на выходе которого образуется напряжение

в котором фазовая манипуляция уже отсутствует. Ширина спектра сложного АМ-ФМН-сигнала определяется длительностью τэ его элементарных сигналов Δfc = l/τэ. Тогда как ширина спектра его второй гармоники U₃(t) определяется длительностью сигнала Тc(Δf₂=1/Тc). Следовательно, при умножении фазы на два сложного АМ-ФМН-сигнала его спектр сворачивается в N раз
Δfc/Δf₂ = N.
Это обстоятельство позволяет обнаружить и отселектировать сложный АМ-ФМН-сигнал среди других сигналов и помех.

Ширина спектра Δfc сложного АМ-ФМН-сигнала измеряется с помощью анализатора спектра 13, а ширина спектра Δf₂ его второй гармоники измеряется с помощью анализатора спектра 15. Напряжения V₁ и V₂, пропорциональные Δfc и Δf₂ соответственно, с выходов анализаторов спектра 13 и 15 поступают на два входа блока 16 сравнения. Если на два входа блока 16 сравнения поступают приблизительно одинаковые по интенсивности напряжения, то на его выходе напряжение отсутствует. Если на два входа блока 16 сравнения поступают разные по интенсивности напряжения, то на его выходе появляется постоянное напряжение.

Так как V₁>>V₃, то на выходе блока 16 сравнения образуется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 17, открывая его. В исходном состоянии ключ 17 всегда закрыт.

При этом принимаемый АМ-ФМН-сигнал с выхода приемника 12 через открытый ключ 17 поступает на информационный вход синхронного детектора 19 и на вход амплитудного ограничителя 18, на выходе которого образуется фазоманипулированный сигнал (фиг.2, е)
U₄(t) = V₀•cos•[Wct+ϕк(t)+ϕc], 0≤t≤Tс,
где V₀ - порог ограничения.

Этот сигнал используется в качестве опорного напряжения и подается на опорный вход синхронного детектора 19. На выходе последнего образуется низкочастотное напряжение (фиг.2, ж)
U_H1(t)=V_H1•[1+m(t)],
где U_H1=1/2K₁V_c•V₀;
K₁ - коэффициент передачи синхронного детектора,
которое усиливается по мощности усилителем 20 сигналов звуковой частоты и поступает на акустический излучатель 21, например громкоговоритель, который обеспечивает прослушивание сигнала речевой информации: "Угон автомобиля ВАЗ 2108, цвет желтый, номерной знак ДО 613 ЛД".

Одновременно ФМН-сигнал с выхода амплитудного ограничителя 18 поступает на вход линии задержки 22 и на информационный вход фазового детектора 23. Время задержки τз линии задержки 22 выбирается равным длительности элементарных посылок τз(τз = τэ) (фиг.2, з). На выходе линии задержки 22 образуется ФМН-сигнал

который используется в качестве опорного напряжения и подается на опорный вход фазового детектора 23. Фазовый детектор 23 и линия задержки 22 реализуют метод относительной фазовой демодуляции, в котором опорным напряжением для каждой последующей посылки служит предыдущая элементарная посылка. На выходе фазового детектора 23 образуется низкочастотное напряжение (фиг.2, и)
U_H2(t)=V_H2•cosϕK(t).

где U_H2=1/2К₂•V_с•V₀ ²;
К₂ - коэффициент передачи фазового детектора,
которое фиксируется блоком 24 регистрации.

В указанном напряжении в дискретном виде содержится информация, например, о владельце указанного автомобиля и другие подробные паспортные сведения об автомобиле.

Устройство может быть использовано для охраны одновременно группы индивидуальных домов от пожара или взлома. При этом в передающих станциях, установленных в охраняемых домах, в источниках дискретных и аналоговых сообщений, должны быть зафиксированы коды и речевая информация об адресе охраняемого дома и характере контролируемой тревожной ситуации (пожар, взлом), а приемная станция на контрольном пункте может быть одна, так как при приеме сложного сигнала с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией (АМ-ФМН) позволяет прослушать речевую информацию об адресе соответствующего охраняемого дома, характере тревоги и подробные паспортные сведения о владельцах охраняемого дома.

Высокая информативность и наличие дистанционной радиосвязи определяют целесообразность широкого использования устройства для охраны подвижных объектов, например автомобилей. При этом полнота информации об охраняемом подвижном объекте, заложенной в передаваемом сложном сигнале с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией, периодичность передачи информационных сигналов обеспечивают возможность быстрой идентификации подвижного объекта и его обнаружения.

Так, например, при оснащении постов или оперативных работников ГИБДД простыми, а следовательно, и малогабаритными носимыми приемными станциями, любой из автомобилей, снабженный передающей станцией, обеспечивающей при угоне автоматическую передачу информации о марке, цвете, номерном знаке и паспортных сведениях этого автомобиля и его владельца, может быть быстро обнаружен и задержан.

Достоинством устройства является также высокая эффективность использования частотного диапазона, так как для охраны многих объектов может быть использован радиоканал одной частоты.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение информативности охранной сигнализации с дистанционной радиосвязью. Это достигается путем использования на одной несущей частоте сложных сигналов с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией (АМ-ФМН).

С точки зрения обнаружения указанные сигналы обладают высокой энергетической и структурной скрытностью.

Энергетическая скрытность сложных АМ-ФМН-сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени или по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого сложный АМ-ФМН-сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами. Причем энергия сложного АМ-ФМН-сигнала отнюдь не мала, она просто распределена по частотно-временной области так, что в каждой точке этой области мощность сигнала меньше мощности шумов.

Структурная скрытность сложных АМ-ФМН-сигналов обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменения значений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку сложных АМ-ФМН-сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемника.

Сложные сигналы с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией позволяют применять новый вид селекции - структурную селекцию. Это значит, что появляется новая возможность разделить сигналы, действующие в одной и той же полосе частот и в одни и те же промежутки времени. Принципиально можно отказаться от традиционного метода разделения рабочих частот используемого диапазона между работающими радиостанциями и селекцией их на приемной стороне с помощью частотных фильтров. Его можно заменить новым методом, основанным на одновременной работе каждой радиостанции во всем диапазоне частот сложными АМ-ФМН-сигналами с выделением радиоприемным устройством сигнала необходимой радиостанции посредством его структурной селекции.

Устройство относится к области радиотехники и может быть использовано для защиты от краж автомобильного транспорта, индивидуальных садовых домов, а также защиты от взлома квартир и пожарной сигнализации. Технический результат изобретения заключается в повышении информативности устройства для охранной сигнализации с дистанционной радиосвязью путем использования на одной несущей частоте сложных сигналов с комбинированной амплитудной модуляцией и фазовой манипуляцией (АМ-ФМН). Устройство для охранной сигнализации с дистанционной радиосвязью содержит передающую станцию и приемную станцию. Передающая станция содержит блок датчиков, опорный генератор, источник дискретных сообщений, фазовый манипулятор, источник аналоговых сообщений, амплитудный модулятор, передатчик и передающую антенну. Приемная станция содержит приемную антенну, приемник, анализаторы спектра, удвоитель фазы, блок сравнения, ключ, амплитудный ограничитель, синхронный детектор, усилитель сигналов звуковой частоты, акустический излучатель, линию задержки, фазовый детектор и блок регистрации. 2 ил.

Устройство для охранной сигнализации с дистанционной радиосвязью, содержащее передающую станцию, включающую блок датчиков, к первому выходу которого подключен опорный генератор, и передатчик, к выходу которого подключена передающая антенна, приемную станцию, содержащую приемник, к входу которого подключена приемная антенна, и последовательно соединенные усилитель сигналов звуковой частоты и акустический излучатель, отличающееся тем, что в него введены на передающей станции источник дискретных сообщений, фазовый манипулятор, источник аналоговых сообщений и амплитудный модулятор, причем к выходу опорного генератора последовательно подключены фазовый манипулятор, второй вход которого через источник дискретных сообщений соединен с вторым выходом блока датчиков, амплитудный модулятор, второй вход которого через источник аналоговых сообщений также соединен с вторым выходом блока датчиков, и передатчик, второй вход которого соединен с вторым выходом блока датчиков, на приемной станции удвоитель фазы, два анализатора спектра, блок сравнения, ключ, синхронный детектор, амплитудный ограничитель, линия задержки, фазовый детектор и блок регистрации, причем к выходу приемника последовательно подключены удвоитель фазы, второй анализатор спектра, блок сравнения, второй вход которого через первый анализатор спектра соединен с выходом приемника, ключ, второй вход которого соединен с выходом приемника, амплитудный ограничитель и синхронный детектор, второй вход которого соединен с выходом ключа, а выход подключен к усилителю сигналов звуковой частоты, к выходу амплитудного ограничителя последовательно подключены линия задержки, фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом амплитудного ограничителя, и блок регистрации.