ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ИДЕНТИФИКАЦИИ ОБЪЕКТОВ Российский патент 2011 года по МПК G01S13/78 

Описание патента на изобретение RU2426148C1

Предлагаемая система относится к телеметрическим системам идентификации объектов с использованием СВЧ-диапазона электромагнитных волн и может быть применена для идентификации рядом расположенных малотоннажных контейнеров, багажа в аэропортах, пунктах таможни для опознавания личности на контрольно-пропускных пунктах, в сельском хозяйстве для идентификации и отбора животных и т.п.

Известны телеметрические системы идентификации объектов (авт.свид. СССР №1054887, 1627832, 1769217; патенты РФ №2054694, 2057334, 2105993, 2183033, 2267158, 2292587, 2326404, 2378661; патенты США №4075632, 4096477, 4739328, 4779076, 6483427, 6639509; патент Великобритании №2165424; патент Франции №2630236; патенты Германии №4231800, 4336898; патенты ЕР №0242906, 0469769; Обзор автоматической идентификации. Доклады конференции. М.: Совинцентр, 20-21 сентября 1988; Гот Дж. ПАВ-прибор - основа системы идентификации автомобилей. Электроника, 1990, вып.3 и др.

Из известных систем наиболее близкой к предлагаемой является «Телеметрическая система идентификации объектов» (патент РФ №2054694, G01S 13/78, 1992), которая и выбрана в качестве прототипа.

Известная система содержит блок 1 считывания, датчики 2, 3, приемопередающие антенны 6, 12, 12', генератор 4 немодулированных колебаний, линию 5 передачи, n ответвителей 7, n смесителей 8, n фильтров 9 нижних частот, n/2 усилителей 10, демодулятор-сумматор 11, модуляторы 21, 21', блок 22 питания, генераторы 18, 18' кода, коммутаторы 19, 19', генераторы 20, 20' коммутирующих импульсов, что позволяет идентифицировать сигналы двух близко расположенных датчиков.

В известной системе для разрешения датчиков, находящихся на одной или разных дальностях в пределах главного лепестка диаграммы направленности антенны блока 1 считывания, используется режим разделения работы модуляторов датчиков во времени.

Блок 1 считывания содержит две пары направленных ответвителей, включенных в линию передачи и расположенных в ней на расстоянии λ/4 между ответвителями одной пары и на расстоянии, не равном λ/4 между парами, λ - рабочая длина волны генератора немодулированных колебаний.

Все это снижает эффективность идентификации двух близко расположенных объектов.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности идентификации двух близко расположенных объектов путем использования радиочастотных меток на поверхностных акустических волнах и сложных сигналов с фазовой манипуляцией.

Поставленная задача решается тем, что телеметрическая система идентификации объектов, содержащая, в соответствии с ближайшим аналогом, блок считывания и не менее двух датчиков с приемопередающими антеннами, установленных на разных идентифицируемых объектах, удаленных от блока считывания и расположенных в главном лепестке диаграммы направленности антенны блока считывания, при этом блок считывания содержит генератор немодулированных колебаний, приемопередающую антенну и два смесителя, отличается от ближайшего аналога тем, что блок считывания снабжен тремя перемножителями, узкополосным фильтром, сумматором, усилителем мощности, дуплексером, усилителем высокой частоты, четырьмя полосовыми фильтрами, гетеродином, двумя усилителями промежуточной частоты, двумя фазовыми детекторами и блоком регистрации, причем к выходу генератора немодулированных колебаний последовательно подключены первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом генератора немодулированных колебаний, узкополосный фильтр, сумматор, второй вход которого соединен с выходом генератора немодулированных колебаний, усилитель мощности, дуплексер, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, усилитель высокой частоты и два канала обработки, каждый из которых состоит из последовательно подключенных к выходу усилителя высокой частоты первого полосового фильтра, смесителя, второй вход которого соединен с выходом гетеродина, усилителя промежуточной частоты, перемножителя, второго полосового фильтра фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом гетеродина, и блока регистрации, при этом второй вход перемножителя первого канала обработки соединен с выходом генератора немодулированных колебаний, а второй вход перемножителя второго канала обработки соединен с выходом узкополосного фильтра, каждый датчик выполнен в виде пьезокристалла с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем и набором отражателей, при этом встречно-штыревой преобразователь содержит две гребенчатые системы электродов, электроды каждой из гребенок соединены друг с другом шинами, приемопередающая антенна выполнена микрополосковой также на поверхности пьезокристалла и связана с шинами, датчики имеют разные расстояния между электродами и настроены на разные частоты.

На фиг.1 представлены основные части системы и их взаимное расположение в пространстве. На фиг.2 изображены структурные схемы блока считывания и датчиков.

Датчики 2 и 3 расположены на рядом стоящих идентифицируемых объектах так, чтобы не затенять друг друга в главном лепестке диаграммы направленности антенны 6 считывателя 1. Ширина главного лепестка 2 антенны 6 определяется как отношение λ/D, где D - диаметр раскрыва антенны. Датчики 2 и 3 размещаются на удалении от блока 1 считывания.

Считыватель 1 содержит последовательно включенные генератор 4 немодулированных колебаний, первый перемножитель 5, второй вход которого соединен с выходом генератора 4 немодулированных колебаний, узкополосный фильтр 7, сумматор 8, второй вход которого соединен с выходом генератора 4 немодулированных колебаний, усилитель 9 мощности, дуплексер 10, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной 6, усилитель 11 высокой частоты и два канала обработки, каждый из которых состоит из последовательно подключенных к выходу усилителя 11 высокой частоты первого полосового фильтра 13.1 (13.2), смесителя 8.1 (8.2), второй вход которого соединен с выходом гетеродина 14, усилителя 15.1 (15.2) промежуточной частоты, перемножителя 16.1 (16.2), второй вход которого соединен с выходом генератора 4 немодулированных колебаний (узкополосного фильтра 7), второго полосового фильтра 17.1 (17.2), фазового детектора 18.1 (18.2), второй вход которого соединен с выходом гетеродина 14, и блока 19 регистрации.

Каждый датчик 2(3) выполнен в виде пьезокристалла с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем (ВШП) и набором отражателей 24.1 (24.2). При этом ВШП содержит две гребенчатые системы электродов 20.1 (20.2), электроды каждой из гребенок соединены друг с другом шинами 21.1 (21.2) и 22.1 (22.2). Приемопередающая антенна 12.1 (12.2.) выполнена в виде микрополосковой также на поверхности пьезокристалла и связана с шинами 21.1 (21.2) и 22.1 (22.2). Датчики 2 и 3 имеют разные расстояния между электродами 20.1 и 20.2, настроены на разные частоты и представляют собой радиочастотные метки.

Приемопередающая антенна 6 может быть выполнена в виде рупора, полуволнового вибратора или спиральной антенны.

Телеметрическая система идентификации объектов работает следующим образом.

Генератором 4 немодулированных колебаний формируется высокочастотное колебание

u1(t)=U1·Cos(w1t+φ1), 0≤t≤Т1,

где U1, w1, φ1, T1 - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность высокочастотного колебания.

которое поступает на первый вход сумматора 8 и на два входа перемножителя 5. На выходе последнего образуется высокочастотное колебание

u2(t)=U2·Cos(w2t+φ2), 0≤t≤T1,

где U2=1/2U12;

w2=2w1; φ2=2φ1,

которое выделяется узкополосным фильтром 7 и поступает на второй вход сумматора 8. На выходе сумматора 8 образуется суммарное напряжение

U(t)=U1(t)+U2(t),

которое усиливается в усилителе 9 мощности и через дуплексер 10 поступает в приемопередающую антенну 6, излучается ею в эфир, принимается микрополосковыми приемопередающими антеннами 12.1 и 12.2 датчиков 2 и 3 соответственно. Последние представляют собой пьезокристалл с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем поверхностных акустических волн (ПАВ), который состоит из двух гребенчатых систем электродов 20.1 (20.2), нанесенных на поверхность пьезокристалла. Электроды каждой из гребенок соединены друг с другом шинами 21.1 (21.2) и 22.1 (22.2). Шины, в свою очередь, связаны с микрополосковой приемопередающей антенной 12.1 (12.2). Датчик 2 настроен на несущую частоту w1, а датчик 3 настроен на несущую частоту w2.

Принимаемое гармоническое колебание u1(t) [u2(t)] преобразуется встречно-штыревым преобразователем в акустическую волну, которая распространяется по поверхности пьезокристалла, отражается от набора отражателей 24.1 (24.2) и опять преобразуется в электромагнитный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМН):

u3(t)=U3·Cos[w1t+φк1(t)+φ1],

u4(t)=U4-Cos[w2t+φк2(t)+φ2], 0≤t≤T1,

где φк1(t)={0, π}, φк2(t)={0, π} - манипулируемые составляющие фазы, отображающие закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующими кодами M1(t) и M2(t), причем φк1(t)=const, φк2(1)=const при Кτэ<1<(К+1)τэ и может изменяться скачком при t=Кτэ, т.е. на границах между элементарными посылками (К=1, 2, …, N1-1);

τэ, N1 - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью T1(T1=N·τэ);

При этом внутренняя структура сформированных ФМн-сигналов определяется топологией ВШП, имеет индивидуальный характер и содержит всю уникальную информацию об идентифицируемых объектах, например номер, тип контейнера, багажа, его цвет и другие характерные признаки.

Сформированные ФМн-сигналы u3(t) и u4(t) излучаются микрополосковыми антеннами 12.1 и 12.2 соответственно в эфир, принимаются приемопередающей антенной 6 считывателя 1 и через дуплексер 10, усилитель 11 высокой частоты и полосовые фильтры 13.1 и 13.2 поступают на первые входы смесителей 8.1 и 8.2 соответственно. При этом частоты настройки wн1 и wн2 полосовых фильтров 13.1 и 13.2 выбираются равными wн1=w1, wн2=w2.

На вторые входы смесителей 8.1 и 8.2 подается напряжение гетеродина 14

uг(t)=Uг·Cos(wгt+φг).

На выходе смесителей 8.1 и 8.2 образуется напряжение комбинационных частот. Усилителями 15.1 и 15.2 выделяются напряжения промежуточных частот:

uup1(t)=Uпр1·Cos[wup1t+φк1(t)+φup1],

uup2(t)=Uпр2·Cos[wup2t+φк2(t)+φup2], 0≤t≤T1,

где Uпр1=1/2U3·Uг; Uпр2=1/2U4·Uг;

wup1=w1-wг - первая промежуточная частота;

wup2=w2-wг - вторая промежуточная частота;

φup11г; φup22г,

которые поступают на первые входы перемножителей 16.1 и 16.2 соответственно.

На вторые входы перемножителей 16.1 и 16.2 подаются напряжения u1(t) и u2(t) с выходов генератора 4 немодулированных колебаний и узкополосного фильтра 7 соответственно. На выходе перемножителей 16.1 и 16.2 образуются напряжения:

u5(t)=U5·Cos[wгt-φк1(t)+φг],

u6(t)=U6·Cos[wгt-φк2(t)+φг], 0≤t≤T1,

где U5=l/2Uup1·U1;

U6=1/2Uup2·U2;

которые выделяются полосовыми фильтрами 17.1 и 17.2 соответственно и поступают на первые входы фазовых детекторов 18.1 и 18.2 соответственно, на вторые выходы которых подается напряжение uг(t) гетеродина 14. На выходе фазовых детекторов 18.1 и 18.2 образуются низкочастотные напряжения:

uн1(t)=Uн1·Cosφк1(t),

uн2(t)=Uн2·Cosφк2(t), 0≤t≤T1,

где Uн1=1/2U5·Uг;

Uн2=1/2U6·Uг;

пропорциональные модулирующим кодам M1(t) и M2(t), несущим информацию об идентифицируемых объектах.

Низкочастотные напряжения uн1(t) и uн2(1) фиксируются блоком 19 регистрации.

Таким образом, предлагаемая телеметрическая система идентификации объектов по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение эффективности идентификации двух близко расположенных объектов. Это достигается использованием радиочастотных меток на поверхностных акустических волнах и сложных сигналов с фазовой манипуляцией.

Основными особенностями радиочастотных меток на поверхностных акустических волнах являются малые габариты и отсутствие источников питания, что значительно повышает эффективность и надежность идентификации близко расположенных объектов.

Сложные ФМн-сигналы обладают высокой энергетической и структурной скрытностью.

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

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

Похожие патенты RU2426148C1

название год авторы номер документа
УСТРОЙСТВО СЧИТЫВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ С ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНЫХ СОСТАВОВ 2012
  • Калинин Владимир Анатольевич
  • Ефимов Владимир Васильевич
  • Шубарев Валерий Антонович
  • Дикарев Виктор Иванович
RU2506186C1
Устройство считывания информации с подвижных объектов железнодорожных составов 2020
  • Дикарев Виктор Иванович
  • Ефимов Владимир Васильевич
RU2735146C1
СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ СУБЪЕКТА НА ОБСЛУЖИВАЕМОМ ОБЪЕКТЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2016
  • Дикарев Виктор Иванович
  • Казаков Николай Петрович
  • Греков Евгений Юрьевич
RU2638504C1
СИСТЕМА ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ 2010
  • Дикарев Виктор Иванович
  • Шубарев Валерий Антонович
  • Михайлов Александр Николаевич
  • Михайлов Евгений Александрович
RU2447513C1
СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ СУБЪЕКТА НА ОБСЛУЖИВАЕМОМ ОБЪЕКТЕ 2010
  • Дикарев Виктор Иванович
  • Шубарев Валерий Антонович
  • Калинин Владимир Анатольевич
RU2434108C1
ТЕРРИТОРИАЛЬНАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ ОСОБО ВАЖНЫХ И ОПАСНЫХ ГРУЗОВ 2011
  • Ефимов Владимир Васильевич
  • Шубарев Валерий Антонович
  • Дикарев Виктор Иванович
  • Мельников Владимир Александрович
RU2462759C1
ТЕРРИТОРИАЛЬНАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ ОСОБО ВАЖНЫХ И ОПАСНЫХ ГРУЗОВ 2009
  • Дикарев Виктор Иванович
  • Калинин Владимир Анатольевич
  • Шубарев Валерий Антонович
  • Мельников Владимир Александрович
  • Скворцов Андрей Геннадьевич
RU2403623C1
СИСТЕМА ДИСТАНЦИОННОГО КОНТРОЛЯ И ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКЦИЙ И ИНЖЕНЕРНО-СТРОИТЕЛЬНЫХ СООРУЖЕНИЙ 2011
  • Дикарев Виктор Иванович
  • Сажин Павел Борисович
  • Смольнинков Олег Викторович
  • Ревкин Владимир Львович
  • Воловик Михаил Валентинович
  • Чурилин Валерий Аркадьевич
RU2473873C1
СИСТЕМА ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО КОНТРОЛЯ ЗА МУСОРНЫМИ КОНТЕЙНЕРАМИ 2012
  • Дикарев Виктор Иванович
  • Журкович Виталий Владимирович
  • Сергеева Валентина Георгиевна
  • Журкович Антон Витальевич
  • Михайлов Виктор Анатольевич
RU2490197C1
ТЕРРИТОРИАЛЬНАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ДВИЖЕНИЯ СПЕЦИАЛЬНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ 2014
  • Заренков Вячеслав Адамович
  • Заренков Дмитрий Вячеславович
  • Дикарев Виктор Иванович
  • Койнаш Борис Васильевич
RU2582502C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 426 148 C1

Реферат патента 2011 года ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ИДЕНТИФИКАЦИИ ОБЪЕКТОВ

Предлагаемая система относится к телеметрическим системам идентификации объектов с использованием сверхвысокочастотного диапазона электромагнитных волн и может быть применена для идентификации рядом расположенных малотоннажных контейнеров, багажа в аэропортах, пунктах таможни для опознавания личности на контрольно-пропускных пунктах, в сельском хозяйстве для идентификации и отбора животных и т.п. Достигаемый технический результат - повышение эффективности идентификации двух близко расположенных объектов путем использования радиочастотных меток на поверхностных акустических волнах и сложных сигналов с фазовой манипуляцией. Телеметрическая система идентификации объектов содержит блок считывания и два датчика, установленных на разных идентифицируемых объектах. Блок считывания содержит генератор немодулированных колебаний, три перемножителя, приемопередающую антенну, узкополосный фильтр, сумматор, усилитель мощности, дуплексер, усилитель высокой частоты, четыре полосовых фильтра, два смесителя, гетеродин, два усилителя промежуточной частоты, два фазовых детектора, блок регистрации, соединенные между собой определенным образом. Каждый датчик содержит пьезокристалл, на поверхность которого нанесен алюминиевый тонкопленочный встречно-штыревой преобразователь (ВШП) и набор отражателей. ВШП содержит электроды, шины, соединенные с микрополосковой приемопередающей антенной. 2 ил.

Формула изобретения RU 2 426 148 C1

Телеметрическая система идентификации объектов, содержащая блок считывания и не менее двух датчиков с приемопередающими антеннами, установленных на разных идентифицируемых объектах, удаленных от блока считывания и расположенных в главном лепестке диаграммы направленности антенны блока считывания, при этом блок считывания содержит генератор немодулированных колебаний, приемопередающую антенну и два смесителя, отличающаяся тем, что блок считывания снабжен тремя перемножителями, узкополосным фильтром, сумматором, усилителем мощности, дуплексером, усилителем высокой частоты, четырьмя полосовыми фильтрами, гетеродином, двумя усилителями промежуточной частоты, двумя фазовыми детекторами и блоком регистрации, причем к выходу генератора немодулированных колебаний последовательно подключены первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом генератора немодулированных колебаний, узкополосный фильтр, сумматор, второй вход которого соединен с выходом генератора немодулированных колебаний, усилитель мощности, дуплексер, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, усилитель высокой частоты и два канала обработки, каждый из которых состоит из последовательно подключенных к выходу усилителя высокой частоты первого полосового фильтра, смесителя, второй вход которого соединен с выходом гетеродина, усилителя промежуточной частоты, перемножителя, второго полосового фильтра, фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом гетеродина, и блока регистрации, при этом второй вход перемножителя первого канала обработки соединен с выходом генератора немодулированных колебаний, а второй вход перемножителя второго канала обработки соединен с выходом узкополосного фильтра, каждый датчик выполнен в виде пьезокристалла с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем и набором отражателей, при этом встречно-штыревой преобразователь содержит две гребенчатые системы электродов, электроды каждой из гребенок соединены друг с другом шинами, приемопередающая антенна выполнена микрополосковой также на поверхности пьезокристалла и связана с шинами, датчики имеют разные расстояния между электродами и настроены на разные частоты.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2011 года RU2426148C1

ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ИДЕНТИФИКАЦИИ ОБЪЕКТОВ 1992
  • Валеев Георгий Галиуллович
  • Захарченко Игорь Иванович
  • Попов Борис Яковлевич
  • Федоров Вольдемар Георгиевич
RU2054694C1
СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОЙ РАДИОЧАСТОТНОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ 2007
  • Легкий Николай Михайлович
RU2350979C2
СИСТЕМА ДИСТАНЦИОННОГО СЧИТЫВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ С ПОДВИЖНЫХ ОБЪЕКТОВ И ИХ УЗЛОВ 2004
  • Рабинович Михаил Даниилович
  • Дудкин Владимир Феликсович
  • Касаткин Александр Васильевич
  • Козлов Владимир Иванович
  • Чунаков Александр Ефимович
RU2291468C2
ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ИДЕНТИФИКАЦИИ ОБЪЕКТОВ 1992
  • Валеев Г.Г.
  • Захарченко И.И.
  • Попов Б.Я.
  • Федоров В.Г.
RU2117961C1
US 5525991 A, 11.06.1996
US 6353406 B1, 05.03.2002
US 4068232 A, 10.01.1978
DE 102004003230 A1, 04.08.2005.

RU 2 426 148 C1

Авторы

Дикарев Виктор Иванович

Шубарев Валерий Антонович

Калинин Владимир Анатольевич

Петрушин Владимир Николаевич

Иванов Николай Николаевич

Скворцов Андрей Геннадьевич

Даты

2011-08-10Публикация

2010-05-19Подача