СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ СУБЪЕКТА НА ОБСЛУЖИВАЕМОМ ОБЪЕКТЕ Российский патент 2011 года по МПК E05B39/00 

Предлагаемый способ относится к методам защиты объектов от доступа посторонних лиц и регистрации штатного персонала, обслуживающего объекты, а именно к способам идентификации, позволяющим регистрировать субъекты, получившие доступ на объект, а также регистрировать отпирание замков на объектах посторонними субъектами.

Традиционно доступ субъекта на обслуживаемый объект осуществляется по принципу работы домофонов в подъезде многоквартирного дома, когда субъект с помощью интеллектуального ключа с кодом доступа открывает электронный замок, считывающий этот код с ключа. Однако в случае, когда один субъект должен получать доступ на множество объектов, данный принцип является экономически невыгодным из-за высокой стоимости электронного замка.

Известны способы защиты объектов от несанкционированного доступа (патенты РФ №№2.091.553, 2.223.376, 2.236.527, 2.283.412, 2.299.962, 2.273.712, 2.299.298, 2.317.387, 2.384.683; патенты США №№4.000.475, 4.042.970, 4.743.898, 5.534.852; патенты Великобритании №№1.453.298, 2.261.254; патенты Франции №№2.197.406, 2.687.240; Дикарев В.И., Заренков В.А., Заренков Д.В., Койнаш Б.В. Защита объектов и информации от несанкционированного доступа. СПб, ОАО «Из-во Стройиздат СПб», 2004. и др.).

Из известных способов наиболее близким к предлагаемому является способ идентификации субъекта на обслуживаемом объекте (патент РФ №2.384.683, Е05В 39/04, 2008), который и выбран в качестве прототипа.

Известный способ включает сближение или соприкосновение устройства санкционированного доступа, размещенного на объекте, и интеллектуального ключа, считывающего информацию с указанного устройства. Устройством санкционированного доступа на объект служит идентификатор с индивидуальным кодом, включающий встроенную микросхему и работающий в режиме запрос-ответ. «Интеллектуальный ключ» выполнен на базе GSM-модема с SIM-картой и индивидуальным номером, причем содержит считыватель с микроконтроллером, выполненным с возможностью считывания индивидуального номера SIM-карты и индивидуального кода идентификатора. Способ также включает передачу указанных кодов в виде контрольной кодовой информации в диспетчерский центр, принимающий решение о достоверности или недостоверности полученной информации, при этом в первом случае субъект получает световой сигнал на светодиод интеллектуального ключа, во втором - процесс идентификации повторяют. Способ позволяет осуществить контроль за работой субъекта в режиме реального времени.

Эффективность идентификации субъекта на обслуживаемом объекте во многом зависит от взаимодействия интеллектуального ключа с идентификатором и надежности дуплексной радиосвязи между интеллектуальным ключом и диспетчерским центром.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности способа идентификации субъекта на обслуживаемом объекте путем использования идентификационной метки на поверхностных акустических волнах, трех частот и сложных сигналов с фазовой манипуляцией.

Поставленная задача решается тем, что способ идентификации субъекта на обслуживаемом объекте, основанный, в соответствии с ближайшим аналогом, на сближении или соприкосновении устройства санкционированного доступа, размещенного на объекте, и интеллектуального ключа, считывающего информацию с указанного устройства, причем устройством санкционированного доступа на объект служит идентификатор с индивидуальным кодом, работающим в режиме «запрос-ответ», а интеллектуальный ключ выполнен на базе GSM-модема с SIM-картой и индивидуальным номером, содержит микроконтроллер, выполненный с возможностью считывания индивидуального номера SIM-карты и индивидуального кода идентификатора, а также передачи указанных кодов в виде контрольной кодовой информации в диспетчерский центр, принимающий решение о достоверности или недостоверности полученной информации, при этом в первом случае субъект получает световой сигнал на светодиод интеллектуального ключа, во втором - процесс идентификации повторяют, отличается от ближайшего аналога тем, что идентификатор с индивидуальным кодом выполняют в виде пьезокристалла с нанесенным на его поверхность тонкопленочным алюминиевым встречно-штыревым преобразователем, содержащим две гребенчатые системы электродов, соединенных между собой шинами, набор отражателей и микрополосковую антенну, формируют высокочастотное зондирующее колебание на несущей частоте ω₁, облучают им идентификатор, улавливают высокочастотное зондирующее колебание микрополосковой антенной идентификатора, преобразуют его в акустическую волну, обеспечивают ее распространение по поверхности пьезокристалла и обратное отражение, преобразуют отраженную акустическую волну в электромагнитный сигнал с фазовой манипуляцией, внутренняя структура которого определяется структурой встречно-штыревого преобразователя и соответствует индивидуальному коду, излучают его в эфир на частоте ω₁, улавливают приемопередающей антенной считывателя, осуществляют синхронное детектирование электромагнитного сигнала с фазовой манипуляцией с использованием высокочастотного зондирующего колебания на частоте ω₁, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное индивидуальному коду, и направляют его в микроконтроллер, с помощью которого формируют контрольную кодовую информацию, удваивают фазу высокочастотного зондирующего колебания, выделяют гармоническое колебание с частотой ω₂=2ω₁, манипулируют его по фазе контрольной кодовой информацией, формируя тем самым сложный сигнал с фазовой манипуляцией, излучают его в эфир на частотах ω₂, улавливают приемопередающей антенной диспетчерского центра, осуществляют синхронное детектирование сложного сигнала с фазовой манипуляцией с использованием гармонического колебания на частотах ω₂ в качестве опорного напряжения, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное контрольной кодовой информации, проверяют ее с помощью компьютера на достоверность, если контрольная кодовая информация является достоверной, то расшифровывают полученную информацию с указанием наименования объекта и личности субъекта, получающего доступ, формируют его индивидуальный код, удваивают фазу гармонического колебания на частоте ω₂, выделяют гармоническое колебание с частотой ω₃=2ω₂, манипулируют его по фазе индивидуальным кодом субъекта, формируя тем сложный сигнал с фазовой манипуляцией, излучают его в эфир на частоте ω₃, улавливают приемопередающей антенной интеллектуального ключа, осуществляют синхронное детектирование сложного сигнала с фазовой манипуляцией с использованием гармонического колебания на частоте ω₃ в качестве опорного напряжения, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное индивидуальному коду субъекта, и направляют его в микроконтроллер.

Структурная схема идентификатора 1 представлена на фиг.1. Структурная схема интеллектуального ключа 2 представлена на фиг.2. Структурная схема диспетчерского центра 7 показана на фиг.3.

Идентификатор 1 выполнен в виде пьезокристалла с нанесенным на его поверхность тонкопленочным алюминиевым встречно-штыревым преобразователем, содержащим две гребенчатые системы электродов 9, соединенных между собой шинами 10 и 11, набор отражателей 12 и микрополосковую антенну 8, соединенную с шинами 10 и 11.

Интеллектуальный ключ 2 содержит считыватель 3, микроконтроллер 4, приемопередатчик 5 и светодиод 6. Считыватель 3 содержит последовательно включенные задающий генератор 13, дуплексер 14, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной 15, первый полосовой фильтр 16, фазовый детектор 17, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 13, микроконтроллер 4 и светодиод 6. К выходу задающего генератора 13 последовательно подключены первый перемножитель 18, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 13, первый узкополосный фильтр 19, фазовый манипулятор 20, второй вход которого соединен со вторым выходом микроконтроллера 4, и усилитель 21 мощности, выход которого соединен со вторым выходом дуплексера 14, к выходу первого узкополосного фильтра 19 последовательно подключены второй перемножитель 23, второй вход которого соединен с выходом узкополосного фильтра 19, второй узкополосный фильтр 24 и фазовый детектор 25, второй вход которого через второй полосовой фильтр 22 соединен с выходом дуплексера 14, а выход подключен ко второму входу микроконтроллера 4.

Диспетчерский центр 7 содержит последовательно включенные дуплексер 27, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной 26, полосовой фильтр 28, фазовый детектор 29, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 30, компьютер 31, фазовый манипулятор 34 и усилитель 35 мощности, выход которого соединен со вторым входом дуплексера 27, к выходу задающего генератора 30 последовательно подключены перемножитель 32, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 30, и узкополосный фиьтр 33, выход которого соединен со вторым входом фазового манипулятора 34.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

На объектах закрепляют идентификаторы 1 с индивидуальным кодом на каждом объекте. Каждый идентификатор представляет собой пьезокристалл с нанесенным на его поверхность тонко-пленочным алюминиевым встречно-штыревым преобразователем (ВШП) поверхностных акустических волн (ПАВ), который состоит из двух гребенчатых систем электродов 9, соединенных между собой шинами 10 и 11, набора отражателей 12 и микрополосковой приемопередающей антенны 8, связанной с шинами 10 и 11.

Принцип работы встречно-штыревого преобразователя ПАВ основан на том, что переменные в пространстве и времени электрические поля, создаваемые в пьезоэлектрическом кристалле системой электродов 9, вызывают другие деформации, которые распространяются в кристалле в виде ПАВ.

Субъект-лицо, обслуживающее объект, имеет в руках интеллектуальный ключ 2 и в необходимый момент включает задающий генератор 13, который формирует высокочастотное зондирующее колебание

U₁(t)=V₁·cos(ω₁t+φ₁), 0≤t≤T₁,

которое через дуплексер 14 поступает в приемопередающую антенну 15, излучается ею в эфир на частоте ω₁ и облучает идентификатор 1, размещенный на объекте. Высокочастотное зондирующее колебание U₁(t) улавливается микрополосковой приемопередающей антенной 8, преобразуется ВШП в акустическую волну, которая распространяется по поверхности пьезокристалла, отражается от набора отражателей 12 и опять преобразуется ВШП в электромагнитный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМН)

, 0≤t≤T₁,

где - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с топологией встречно-штыревого преобразователя M₁(t), который определяет индивидуальный код объекта.

В качестве примера на фиг.1 показан фрагмент индивидуального кода объекта M₁(t)={101101001}.

Сформированный ФМН-сигнал U₂(t) излучается микрополосковой приемопередающей антенной 8 в эфир, улавливается приемопередающей антенной 15 интеллектуального ключа 2 и через дуплексер 14 поступает на вход полосовых фильтров 16 и 22.

Частота настройки ω_н1 полосового фильтра 16 выбрана равной ω₁.

ω_н1=ω₁

Частота настройки ω_н2 полосового фильтра 22 выбрана равной ω₃

ω_н2=ω₃

Поэтому ФМН-сигнал U₂(t) выделяется полосовым фильтром 16 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 17, на второй (опорный) вход которого подается высокочастотное зондирующее колебание U₁(t) с выхода задающего генератора 13. В результате синхронного детектирования на выходе фазового детектора 17 образуется низкочастотное напряжение

, 0≤t≤Т₁,

где Vн₁=½V₂·V₁,

пропорциональное индивидуальному коду M₁(t) объекта.

Это напряжение поступает в микроконтроллер 4.

Микроконтроллер 4 формирует цифровую кодовую информацию M_∑(t), включающую индивидуальный код M₁(t) объекта и индивидуальный номер M₂(t) SIM-карты ключа 2

M_∑1(t)=M₁(t)+M₂(t),

которая поступает на первый вход фазового манипулятора 20.

Высокочастотное зондирующее колебание U₁(t) с выхода задающего генератора 13 одновременно поступает на два входа перемножителя 18, на выходе которого образуется гармоническое колебание

U₃(t)=V₃·cos(ω₂t+φ₂), 0≤t≤Т₁,

где U₃=½V₁ ²; ω₂=2ω₁; φ₂=2φ₁,

которое выделяется узкополосным фильтром 19 и подается на второй вход фазового манипулятора 20. На выходе последнего формируется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМН)

, 0≤t≤T₁,

где - манипулирующая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с суммарным модулирующим кодом M_∑1(t),

который через усилитель 21 мощности и дуплексер 14 поступает в приемопередающую антенну 15, излучается ею в эфир на частоте ω₂, улавливается приемопередающей антенной 26 диспетчерского центра 7 и через дуплексер 27 и полосовой фильтр 28 поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 29. На второй (опорный) вход фазового детектора 29 подается гармоническое колебание с выхода задающего генератора 30

U₅(t)=V₅·cos(ω₂t+φ₂), 0≤t≤Т₂.

В результате синхронного детектирования на выходе фазового детектора 29 образуется низкочастотное напряжение

U_н2(t)=V_н2·cosφ_к2(t), 0≤t≤Т₂,

где V_н2=½V₄·V₅,

пропорциональное суммарному модулирующему коду M_∑1(t), которое поступает в компьютер 31. Персональный компьютер 31 диспетчерского центра 7 проверяет полученную информацию на достоверность. Если информация является достоверной, персональный компьютер 31 расшифровывает полученную информацию, отображает диспетчеру наименование объекта и личность субъекта, получающего доступ, формирует модулирующий код

M_∑1(t)=M₁(t)+M₂(t),

который подается на первый вход фазового манипулятора 34.

Гармоническое колебание U₅(t) с выхода задающего генератора 30 одновременно поступает на два входа перемножителя 32, на выходе которого образуется гармоническое колебание

U₆(t)=V₆·cos(ω₃t+φ₃), 0≤t≤Т₂,

где U₆=½V₅ ²; ω₃=2ω₂; φ₃=2φ₂.

Это колебание выделяется узкополосным фильтром 33 и подается на второй вход фазового манипулятора 34. На выходе фазового манипулятора 34 формируется сложный ФМН-сигнал

, 0≤t≤T₂,

где - манипулирующая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M_∑1(t), который через усилитель 35 мощности и дуплексер 27 поступает в приемопередающую антенну 26, излучается ею в эфир на частоте ω₃, улавливается приемопередающей антенной 15 интеллектуального ключа 2 и через дуплексер 14 поступает на выходы полосовых фильтров 16 и 22. ФМН-сигнал U₇(t) выделяется полосовым фильтром 22 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 25.

Гармоническое колебание U₃(t) с выхода узкополосного фильтра 19 одновременно поступает на два входа перемножителя 23, на выходе которого образуется гармоническое колебание

U₈(t)=V₈·cos(ω₃t+φ₃), 0≤t≤T₂,

где U₈=½V₃ ²; ω₃=2ω₂; φ₃=2φ₂,

которое выделяется узкополосным фильтром 24 и подается на второй (опорный) вход фазового детектора 25. В результате синхронного детектирования на выходе фазового детектора 25 образуется низкочастотное напряжение

U_н3(t)=М_н3·cosφ_к3(t), 0≤t≤Т₂,

где V_н3=½V₇·V₈,

пропорциональное модулирующему коду M_∑1(t), которое поступает в микроконтроллер 4. Если доступ на объект является санкционированным, то микроконтроллер 4 зажигает светодиод 6.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение эффективности идентификации субъекта на обслуживаемом объекте. Это достигается использованием идентификационной метки на поверхностных акустических волнах, трех частот и сложных сигналов с фазовой манипуляцией.

Отличительной особенностью идентификационной метки являются малые размеры и отсутствие источника электропитания.

Использование трех частот ω₁, ω₂=2ω₁, ω₃=2ω₂ обеспечивает частотную развязку между объектами, идентификаторами, интеллектуальными ключами и диспетчерским центром, участвующим в обмене информации.

Сложные ФМН-сигналы обладают высокой энергетической и структурной скрытностью.

Энергетическая скрытность сложных ФМН-сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью 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 на частотно-временной области так, что в каждой точке этой области мощность сигнала меньше мощности шумов и помех.

Структурная скрытность сложных ФМН-сигналов 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.

Сложные ФМН-сигналы позволяют применять новый вид селекции - структурную селекцию. Это значит, что появляется новая возможность выделять эти сигналы среди других сигналов и помех, действующих в той же полосе частот и в те же промежутки времени.

Способ идентификации субъекта на обслуживаемом объекте основан на сближении или соприкосновении устройства санкционированного доступа, размещенного на объекте, и интеллектуального ключа, считывающего информацию с указанного устройства. Устройством санкционирования доступа на объекте служит идентификатор с индивидуальным кодом, работающий в режиме «запрос-ответ». Интеллектуальный ключ выполнен на базе GSM-модема с SIM-картой и индивидуальным номером, содержит микроконтроллер, выполненный с возможностью считывания индивидуального номера SIM-карты и индивидуального кода идентификатора. Способ включает передачу указанных кодов в виде контрольной кодовой информации в диспетчерский центр, принимающий решение о достоверности или недостоверности полученной информации. В первом случае субъект получает световой сигнал на светодиод интеллектуального ключа, во втором - процесс идентификации повторяют. Идентификатор с индивидуальным кодом выполняют в виде пьезокристалла с нанесенным на его поверхность тонкопленочным алюминиевым встречно-штыревым преобразователем, содержащим две гребенчатые системы электродов, соединенных между собой шинами, набор отражателей и микрополосковую антенну. Формируют высокочастотное зондирующее колебание на несущей частоте ω₁, облучают им идентификатор. Улавливают высокочастотное зондирующее колебание микрополосковой антенной идентификатора, преобразуют его в акустическую волну, обеспечивают ее распространение по поверхности пьезокристалла и обратное отражение. Преобразуют отраженную акустическую волну в электромагнитный сигнал с фазовой манипуляцией, внутренняя структура которого определяется структурой встречно-штыревого преобразователя и соответствует индивидуальному коду, излучают его в эфир на частоте ω₁, улавливают приемопередающей антенной считывателя. Осуществляют синхронное детектирование электромагнитного сигнала с фазовой манипуляцией с использованием высокочастотного зондирующего колебания на частоте ω₁ в качестве опорного напряжения. Выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное индивидуальному коду, и направляют его в микроконтроллер. С помощью микроконтроллера формируют контрольную кодовую информацию, удваивают фазу высокочастотного зондирующего колебания, выделяют гармоническое колебание с частотой ω₂=2ω₁, манипулируют его по фазе контрольной кодовой информацией, формируя тем самым сложный сигнал с фазовой манипуляцией, излучают его в эфир на частоте ω₂, улавливают приемопередающей антенной диспетчерского центра. Осуществляют синхронное детектирование сложного сигнала с фазовой манипуляцией с использованием гармонического колебания на частоте ω₂ в качестве опорного напряжения. Выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное контрольной кодовой информации. Проверяют кодовую информацию с помощью компьютера на достоверность. Если контрольная кодовая информация является достоверной, то расшифровывают полученную информацию с указанием наименования объекта и личности субъекта, получающего доступ. Формируют индивидуальный код субъекта. Удваивают фазу гармонического колебания на частоте ω₂. Выделяют гармоническое колебание с частотой ω₃=2ω₂, манипулируют его по фазе индивидуальным кодом субъекта, формируя тем самым сложный сигнал с фазовой манипуляцией, излучают его в эфир на частоте ω₃, улавливают приемопередающей антенной интеллектуального ключа. Осуществляют синхронное детектирование сложного сигнала с фазовой манипуляцией с использованием гармонического колебания на частоте ω₃ в качестве опорного напряжения. Выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное индивидуальному коду субъекта, и направляют его в микроконтроллер. Заявленное изобретение обеспечивает повышение эффективности способа идентификации субъекта на обслуживаемом объекте. 3 ил.

Способ идентификации субъекта на обслуживаемом объекте, основанный на сближении или соприкосновении устройства санкционированного доступа, размещенного на объекте, и интеллектуального ключа, считывающего информацию с указанного устройства, причем устройством санкционированного доступа на объекте служит идентификатор с индивидуальным кодом, работающий в режиме «запрос-ответ», а интеллектуальный ключ выполнен на базе GSM-модема с SIM-картой и индивидуальным номером, содержит микроконтроллер, выполненный с возможностью считывания индивидуального номера SIM-карты и индивидуального кода идентификатора, а также передачи указанных кодов в виде контрольной кодовой информации в диспетчерский центр, принимающий решение о достоверности или недостоверности полученной информации, при этом в первом случае субъект получает световой сигнал на светодиод интеллектуального ключа, во втором - процесс идентификации повторяют, отличающийся тем, что идентификатор с индивидуальным кодом выполняют в виде пьезокристалла с нанесенным на его поверхность тонкопленочным алюминиевым встречно-штыревым преобразователем, содержащим две гребенчатые системы электродов, соединенные между собой шинами, набор отражателей и микрополосковую антенну, формируют высокочастотное зондирующее колебание на несущей частоте ω₁, облучают им идентификатор, улавливают высокочастотное зондирующее колебание микрополосковой антенной идентификатора, преобразуют его в акустическую волну, обеспечивают ее распространение по поверхности пьезокристалла и обратное отражение, преобразуют отраженную акустическую волну в электромагнитный сигнал с фазовой манипуляцией, внутренняя структура которого определяется структурой встречно-штыревого преобразователя и соответствует индивидуальному коду, излучают его в эфир на частоте ω₁, улавливают приемопередающей антенной считывателя, осуществляют синхронное детектирование электромагнитного сигнала с фазовой манипуляцией с использованием высокочастотного зондирующего колебания на частоте ω₁ в качестве опорного напряжения, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное индивидуальному коду, и направляют его в микроконтроллер, с помощью которого формируют контрольную кодовую информацию, удваивают фазу высокочастотного зондирующего колебания, выделяют гармоническое колебание с частотой ω₂=2ω₁, манипулируют его по фазе контрольной кодовой информацией, формируя тем самым сложный сигнал с фазовой манипуляцией, излучают его в эфир на частоте ω₂, улавливают приемопередающей антенной диспетчерского центра, осуществляют синхронное детектирование сложного сигнала с фазовой манипуляцией с использованием гармонического колебания на частоте ω₂ в качестве опорного напряжения, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное контрольной кодовой информации, проверяют ее с помощью компьютера на достоверность, если контрольная кодовая информация является достоверной, то расшифровывают полученную информацию с указанием наименования объекта и личности субъекта, получающего доступ, формируют его индивидуальный код, удваивают фазу гармонического колебания на частоте ω₂, выделяют гармоническое колебание с частотой ω₃=2ω₂, манипулируют его по фазе индивидуальным кодом субъекта, формируя тем самым сложный сигнал с фазовой манипуляцией, излучают его в эфир на частоте ω₃, улавливают приемопередающей антенной интеллектуального ключа, осуществляют синхронное детектирование сложного сигнала с фазовой манипуляцией с использованием гармонического колебания на частоте ω₃ в качестве опорного напряжения, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное индивидуальному коду субъекта, и направляют его в микроконтроллер.