СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ И ИДЕНТИФИКАЦИИ РАЗЫСКИВАЕМЫХ ТРАНСПОНДЕРОВ ИЗ МНОЖЕСТВА ПАССИВНЫХ ТРАНСПОНДЕРОВ И СИСТЕМА ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА Российский патент 2008 года по МПК G01S13/75 

Предлагаемое техническое решение относится к радиолокационной технике, в частности к системам радиочастотной идентификации подвижных и неподвижных объектов (RFID - системы).

В настоящее время наряду со штриховым кодированием все большее распространение получает радиочастотная идентификация.

Типичная система RFID состоит из радиочастотной метки (RFID-метки) или пассивного транспондера на поверхностных акустических волнах (ПАВ), считывающего устройства (ридера) с устройством для обработки информации (компьютера). Транспондер и считыватель связаны между собой радиочастотным каналом. Считыватель также содержит в своем составе передатчик, приемник и антенну, посредством которых излучается электромагнитные волны определенной частоты. Попавшие в зону действия поля считывателя транспондеры "отвечают" собственным сигналом, содержащим полезную информацию (например, код товара) на той же самой или другой частоте. Сигнал улавливается антенной считывателя, полезная информация декодируется и передается в компьютер для обработки.

Основные преимущества RFID-технологии

Отсутствие физического контакта с RFID-меткой (транспондером).

Высокая достоверность и скорость определения кода RFID-метки (транспондера).

RFID-система может использоваться даже в агрессивных средах, а RFID-метки (транспондеры) могут читаться через грязь, краску, пар, воду, пластмассу, древесину.

RFID-метки (транспондеры) имеют длительный срок эксплуатации.

RFID-метки (транспондеры) несут большое количество информации.

RFID-метки (транспондеры) практически невозможно подделать.

RFID-метки (транспондеры) могут быть использованы для записи информации.

RFID-системы применяются в разнообразных случаях, когда требуется оперативный и точный контроль, отслеживание и учет многочисленных перемещений различных объектов.

Типичные применения:

- электронный контроль доступа и перемещения персонала на территории предприятий;

- автоматизация и управление производством, выдачей и перемещением товаров и материальных ценностей на товарных и таможенных складах, крупных магазинах;

- автоматический сбор данных о перемещении транспортных средств и крупногабаритных грузов на железных и автомобильных дорогах, на грузовых станциях и терминалах;

- оплата услуг на платных стоянках и скоростных автомагистралях;

- контроль, планирование и управление движением транспорта, оптимизация графика движения и выбор оптимальных маршрутов;

- управление движением общественного транспорта, контроль оплаты проезда, оптимизация пассажиропотоков.

Наряду с достоинствами радиочастотным меткам (транспондерам) присущи и некоторые недостатки. К ним относятся:

- относительно высокая стоимость;

- взаимные коллизии;

- подверженность помехам в виде электромагнитных полей.

Во многих случаях в поле действия считывателя попадают одновременно несколько радиочастотных меток (транспондеров). Считыватель должен не только обнаруживать радиочастотные метки, но и четко идентифицировать их. Такие технологии существуют, но их реализация приводит к значительному увеличению времени считывания или значительному усложнению оборудования.

В известных системах опроса пассивного ответчика фирмы Х CYTE Inc (см. патент US 4725841, дата публикации 16.02.1988 г., патент US 4620191, дата публикации 28.10.1986 г., патент US 4703327, дата публикации 27.10.1987 г.) для более достоверной идентификации опрашиваемых пассивных транспондеров на ПАВ устанановлен смеситель сигналов (микшер), на который поступает радиосигнал запроса и радиосигнал, отраженный от транспондера. Смеситель вырабатывает результирующий сигнал, который содержит суммарные или разностные частоты этих двух сигналов.

Наиболее близкими по технической сущности к предлагаемому техническому решению является способ и система, описанные в патенте РФ №2196344, дата публикации 10.01.2003 г., выбранном в качестве прототипа.

Известная система для обнаружения и идентификации одного из множества пассивных транспондеров, каждый из которых имеет свой идентификационный код, состоит из пассивных транспондеров, антенного устройства, кодирующего устройства, передающего устройства, приемного устройства и блока оценки.

Известная система работает следующим образом.

В считывателе кодирующее устройство вырабатывает и с помощью передающего устройства передает в эфир через антенну радиосигнал, кодированный по фазе двоичным цифровым кодом. При совпадении излученного кодированного сигнала с занесенным кодом в структуре на ПАВ транспондера производится когерентное суммирование кодовых символов и излучается ответный некодированный радиосигнал суммарной амплитуды, принимаемый антенной ридера, и устройством обработки информации выносится решение о присутствии запрашиваемого объекта.

Недостатками известной системы являются:

1) усложнение конструкции транспондера за счет введения в него кодообразующего поля, состоящего из отражательных элементов, выполненных в виде встречно-штыревых преобразователей с выходными контактами, к которым подключается внешняя нагрузка, с помощью которой изменяется фаза отраженного сигнала. Таким образом, вводится еще дополнительная кодированная отражающая структура на ПАВ, помимо основной идентификационной структуры, что приводит к значительному удорожанию транспондера, а, как следствие, и всей системы RFID;

2) недостаточная достоверность идентификации опрашиваемых транспондеров, поскольку в дополнительной отражающей ПАВ структуре, соответствующей излученному считывателем кодированному сигналу, действительно произойдет когерентное сложение, однако, точно такое же сложение сигналов произойдет и для транспондера, у которого в кодировке дополнительной отражающей структуры положение отражателей, соответствующих единицам, будет таким же, как и в искомом транспондере.

Таким образом, возникают те же коллизии при идентификации конкретного транспондера. Способ оказывается ненадежным и недостоверным.

Технический результат, достигаемый предлагаемыми способом и системой, состоит в повышении надежности и достоверности обнаружения и идентификации одного из множества пассивных транспондеров, каждый из которых имеет свой идентификационный код. Этот технический результат достигается без усложнения конструкции транспондеров.

Указанный технический результат достигается тем, что способ обнаружения и идентификации разыскиваемых транспондеров из множества пассивных транспондеров, каждый из которых имеет свой идентификационный код, включающий передачу, по меньшей мере, одного кодированного радиосигнала опроса, направляемого на множество пассивных транспондеров, находящихся в зоне опроса, прием ответных радиосигналов, сформированных пассивными транспондерами, оценку ответных радиосигналов и вывод о наличии или отсутствии разыскиваемого транспондера, предлагается дополнить следующими операциями:

- для кодирования транспондеров формировать массив идентификационных кодов, имеющих автокорреляционные функции кнопочного типа, у которых пик автокорреляционной функции превышает максимальные значения функций взаимной корреляции кодов массива,

- радиосигнал опроса модулировать сигналом, инверсным по времени, сигналу с кодом разыскиваемого транспондера,

- уровни ответных радиосигналов, сформированных пассивными транспондерами, сравнивать с заранее выбранным пороговым уровнем, превышающим максимальный уровень сигналов от транспондеров, коды которых не соответствуют коду разыскиваемого транспондера,

- при выявлении ответного сигнала, превышающего выбранный пороговый уровень, делать вывод о наличии разыскиваемого транспондера в множестве пассивных транспондеров.

Автокорреляционные функции кнопочного типа описаны в следующей литературе:

1. Теоретические основы радиолокации, под ред. Дулевича В.Е., М.: Советское Радио, 1964, с.315;

2. Справочник по радиолокации, под ред. Соколника М., т.1 «Основы радиолокации», М., «Советское Радио», 1976, с.122.

Подбор кодов для транспондеров осуществляют следующим образом.

Вначале выбирают множество кодов с автокорреляционными функциями кнопочного типа. В зависимости от требуемого числа кодов используют М-последовательности, псевдо М-последовательности, коды Гоулда, коды Кассами и др.

Затем из этого множества кодов отбирают коды, максимально отличающиеся друг от друга по виду. Например, из множества 64-значных кодов отбирают требуемое количество кодов - Q, отличающихся друг от друга не менее чем в 4-х знаках. После чего выполняют расчет автокорреляционных функций всех выбранных Q кодов и функций взаимной корреляции. Оценивают уровень превышения пика автокорреляционных функций над максимальным уровнем функций взаимной корреляции. Окончательно выбирают коды для транспондеров, либо выполняют очередную итерацию, то есть отбирают новое количество Q кодов. Производят новый расчет их автокорреляционных функций и функций взаимной корреляции.

Для реализации данного способа предлагается систему для обнаружения и идентификации разыскиваемого транспондера из множества пассивных транспондеров, каждый из которых имеет свой идентификационный код, содержащую пассивные транспондеры, антенное устройство, кодирующее устройство, передающее устройство, приемное устройство и блок оценки, выполнить следующим образом:

- каждый пассивный транспондер должен содержать идентификационный код с автокорреляционной функцией кнопочного типа, пик автокорреляционной функции которого превышает максимальные значения функций взаимной корреляции,

- кодирующее устройство должно содержать блок базы кодов транспондеров и блок преобразования кодов для формирования сигнала инверсного по времени сигналу с кодом разыскиваемого транспондера,

- блок оценки должен содержать пороговый модуль для формирования порогового уровня, превышающего максимальный уровень сигналов от транспондеров, коды которых не соответствуют коду разыскиваемого транспондера, и модуль регистрации,

- причем выход блока базы кодов транспондеров должен быть соединен с входом блока преобразования кодов,

- выход блока преобразования кодов должен быть соединен с входом передающего устройства, выход которого соединен с входом антенного устройства,

- выход антенного устройства должен быть соединен с входом приемного устройства,

- выход приемного устройства должен быть соединен с входом порогового модуля,

- выход порогового модуля должен быть соединен с входом модуля регистрации.

Предлагаемый способ обнаружения и идентификации разыскиваемых транспондеров и система для его реализации позволяют значительно повысить достоверность идентификации разыскиваемого транспондера, а также упростить конструкцию транспондеров по сравнению с прототипом и повысить надежность работы системы.

Сущность предлагаемого технического решения иллюстрируется следующими чертежами.

Фиг.1 - Структурная схема системы обнаружения и идентификации одного из множества пассивных транспондеров на поверхностных акустических волнах (ПАВ),

где 1a-1n - пассивные транспондеры, находящиеся в зоне опроса,

2 - антенное устройство,

3 - кодирующее устройство,

4 - передающее устройство,

5 - приемное устройство,

6 - блок оценки,

7 - блок базы кодов транспондеров,

8 - блок преобразования кодов,

9 - пороговый модуль,

10 - модуль регистрации.

Фиг.2 - Сигнал с кодом пассивного транспондера на поверхностных акустических волнах (ПАВ).

Фиг.3 - Сигнал с инверсным по времени кодом пассивного транспондера на выходе блока преобразования кодов.

Фиг.4 - Ответные сигналы от транспондеров, на входе порогового модуля, с сигналом от разыскиваемого транспондера, превышающим пороговый уровень.

Фиг.5 - Выявленный сигнал разыскиваемого транспондера на выходе порогового модуля после прохода через него сигналов, представленных на фиг.4.

Фиг.6 - Ответные сигналы от транспондеров на входе порогового модуля при отсутствии сигнала от разыскиваемого транспондера.

Фиг.7 - Отсутствие полезного сигнала на выходе порогового модуля после прохода через него сигналов, представленных на фиг.6.

Способ осуществляется следующим образом (см. фиг.1).

Из блока 7 базы кодов транспондеров выдается сигнал одного из транспондеров 1а-1n, который требуется определить из множества находящихся в зоне опроса. Под его воздействием блок 8 вырабатывает инверсный по времени сигнал, который поступает в передающее устройство 4. Затем этот сигнал через антенное устройство 2 излучается в пространство. Переизлученные от транспондеров сигналы принимаются антенным устройством 2 и поступают в приемное устройство 5. Принятые сигналы пропорциональны огибающим функций автокорреляции и взаимной корреляции транспондеров. В том случае, если в рассматриваемом множестве имеется транспондер, код которого совпадает с кодом, выбранным из базы данных, то данный транспондер переизлучает сигнал, пропорциональный его автокорреляционной функции, а остальные транспондеры переизлучают сигналы, пропорциональные функциям взаимной корреляции (см. фиг.4). Так как сигнал от разыскиваемого транспондера во много раз превышает сигналы от остальных транспондеров, то его можно выделить в пороговом модуле 9 с высокой достоверностью. Модуль 10 регистрации делает вывод о результате проведенной операции (есть или нет в опрашиваемой группе разыскиваемый транспондер) и при необходимости дает команду к выполнению следующего цикла поиска очередного транспондера.

Все устройства, блоки и модули (см. фиг.1) предлагаемой системы могут быть выполнены из известных компонентов.

Блок 7 базы кодов транспондеров может быть выполнен на базе микросхемы M48Z512.

Модуль 10 регистрации - на базе max 7000 - программируемая логика.

Блок 8 преобразования кодов - на базе max 7000 - программируемая логика.

Пороговый модуль 9 - на базе микросхемы AD 8611.

Антенное устройство 2 - на базе микросхемы Hmc284ms8g.

Достоинствами предлагаемого способа и системы для осуществления данного способа являются более достоверное и надежное обнаружение и идентификация одного из множества пассивных транспондеров без внесения каких-либо изменений в конструкцию транспондера. Поскольку число транспондеров в системах идентификации может достигать нескольких сотен тысяч, то при этом достигается значительное упрощение и удешевление системы в целом.

Техническое решение относится к радиолокационной технике, в частности к системам радиочастотной идентификации подвижных и неподвижных объектов. Достигаемый технический результат - повышение надежности и достоверности обнаружения и идентификации одного из множества пассивных транспондеров, каждый из которых имеет свой идентификационный код. Способ обнаружения и идентификации транспондеров включает передачу кодированного радиосигнала опроса, прием и оценку ответных радиосигналов пассивных транспондеров, принятие решения об обнаружении. Идентификационный код каждого транспондера отличается от кодов других транспондеров не менее чем в четырех знаках и имеет автокорреляционную функцию кнопочного типа. Радиосигнал опроса модулируют сигналом, инверсным коду разыскиваемого транспондера. Ответные сигналы сравнивают с пороговым уровнем. При вынесении решения подают команду к выполнению следующего цикла обнаружения. Система для обнаружения и идентификации транспондеров содержит множество пассивных транспондеров (1₁-1_n), антенное устройство (2), кодирующее устройство (3), содержащее блок базы идентификационных кодов транспондеров (7) и блок преобразования кодов (8), передающее устройство (4), приемное устройство (5), блок оценки (6), содержащий пороговый модуль (9) и модуль регистрации (10). 2 н.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ обнаружения и идентификации разыскиваемых транспондеров из множества пассивных транспондеров, каждый из которых имеет свой идентификационный код, включающий передачу кодированного радиосигнала опроса, направляемого на множество пассивных транспондеров, находящихся в зоне опроса, прием и оценку ответных радиосигналов, сформированных пассивными транспондерами, и вынесение решения о присутствии разыскиваемого транспондера в множестве пассивных транспондеров, отличающийся тем, что идентификационный код каждого пассивного транспондера множества выбирают отличающимся от идентификационных кодов других пассивных транспондеров не менее чем в четырех знаках и имеющим автокорреляционную функцию кнопочного типа, кодированный радиосигнал опроса модулируют сигналом инверсным по времени сигналу с кодом разыскиваемого транспондера, ответные сигналы оценивают сравнением с пороговым уровнем, превышающим максимальные значения функций взаимной корреляции идентификационных кодов пассивных транспондеров с возможностью выделения пика автокорреляционной функции кнопочного типа, решение о присутствии разыскиваемого транспондера выносят по выделенному пику автокорреляционной функции кнопочного типа, при вынесении решения подают команду к выполнению следующего цикла обнаружения и идентификации очередного пассивного транспондера.2. Система для обнаружения и идентификации разыскиваемых транспондеров из множества пассивных транспондеров, каждый из которых имеет свой идентификационный код, содержащая антенное устройство, кодирующее устройство, передающее устройство, приемное устройство для приема ответных радиосигналов от пассивных транспондеров и блок оценки, выполненный с возможностью вынесения решения о присутствии разыскиваемого транспондера в множестве пассивных транспондеров, отличающаяся тем, что идентификационный код каждого пассивного транспондера множества отличается от идентификационных кодов других пассивных транспондеров не менее чем в четырех знаках и имеет автокорреляционную функцию кнопочного типа, кодирующее устройство содержит блок базы идентификационных кодов пассивных транспондеров и блок преобразования кодов для формирования кодированного радиосигнала опроса, инверсного по времени сигналу с идентификационным кодом разыскиваемого транспондера, блок оценки содержит пороговый модуль для выделения пика автокорреляционной функции кнопочного типа от разыскиваемого транспондера и модуль регистрации, выполненный с возможностью подачи команды к выполнению следующего цикла поиска очередного пассивного транспондера, причем выход блока базы кодов транспондеров соединен с входом блока преобразования кодов, выход блока преобразования кодов соединен с входом передающего устройства, выход передающего устройства соединен с входом антенного устройства, выход антенного устройства соединен с входом приемного устройства, выход приемного устройства соединен с входом порогового модуля, выход порогового модуля соединен с входом модуля регистрации.