Кодовый замок для контейнеров

 

Изобретение относится к области запорных устройств и касается кодового замка для контейнеров, содержащего на контейнере кодовое устройство, включающее магнитоуправляемые контакты, включенные в цепь управления электромеханическим запорным устройством, магнитный ключ, выполненный в виде блока изолированных друг от друга магнитов, задающий генератор, генератор модулирующего кода, фазовый манипулятор и усилитель мощности, через замыкающие контакты реле тревожной сигнализации соединены с источником питания, на диспетчерском пункте - последовательно включённые приёмную антенну, усилитель высокой частоты, удвоитель фазы, фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом узкополосного фильтра, и блок регистрации, а также делитель фазы на два, подключённый к выходу удвоителя фазы. Замок снабжён на диспетчерском пункте частотным детектором, триггером и двойным балансным переключателем, причём к выходу делителя фазы на два последовательно подключены частотный детектор, триггер и двойной балансный переключатель, второй вход которого соединен с выходом делителя фазы на два, а выход подключён к узкополосному фильтру. Данный замок имеет повышенную помехоустойчивость. 3 ил.

Предлагаемое устройство относится к запирающим системам и может быть использовано для защиты контейнеров от несанкционированного доступа посторонних лиц.

Известны кодовые замки для контейнеров (авт.свид. СССР №№358495, 475450, 506693, 592693, 596707, 878889, 1000547, 1252468, 1776744; патенты РФ №№2002020, 2037046, 2186919; патенты США №№4831860, 5209088; патенты Великобритании №№2141774, 2261254; патенты Франции №№2197406, 2559193, 2692309; патенты ФРГ №№3407128, 3907326; патенты Японии №№59-192167, 60-29912 и др.).

Из известных кодовых замков для контейнеров наиболее близким к предлагаемому является “Кодовый замок для контейнеров” (патент РФ №2.186.919, Е 05 В 47/00, 2001), который и выбран в качестве прототипа.

Данный замок содержит на контейнере источник питания, дистанционный переключатель с двумя противофазными обмотками, кодовое устройство, содержащее магнитный ключ, выполненный в виде блока изолированных друг от друга магнитов, и магнитоуправляемые контакты, состоящие из групп “разрешения” и “запрета”, электромеханическое запорное устройство, состоящее из исполнительных блоков, кинематически связанных с механическим замком, обмотку реле тревожной сигнализации, замыкающие контакты тревожной сигнализации, задающий генератор, генератор модулирующего кода, фазовый манипулятор, усилитель мощности и передающую антенну. На диспетчерском пункте замок содержит приемную антенну, усилитель высокой частоты, обнаружитель, удвоитель фазы, измерители ширины спектра, узкополосный фильтр, фазовый детектор и блок регистрации.

Указанный замок обеспечивает повышение секретности. Это достигается тем, что магнитный ключ выполнен в виде блока изолированных друг от друга магнитов, ориентированных в направлении лицевой панели ключа, а магнитоуправляемые контакты разделены на группы “запрета” и “разрешения” и установлены под лицевой панелью контейнера, при этом количество и расположение магнитов соответствует числу и расположению магнитоуправляемых контактов группы “разрешения”.

Кроме того, данный замок снабжен тревожной сигнализацией, используемой при несанкционированном вскрытии контейнера злоумышленником и обеспечиваемой для передачи тревожной информации по радиоканалу на диспетчерский пункт.

Однако указанному замку присуще явление “обратной работы”, которое может быть двух типов. Первый тип “обратной работы” обусловлен неопределенностью начальной фазы опорного напряжения, выделяемого непосредственно из принимаемого ФМн-сигнала. При равновероятных значениях переменной составляющей фазы сигнала ϕ₁=0 и ϕ₂=π отсутствует признак, который позволял бы “привязать” фазу ϕ_с опорного напряжения к одной из фаз сигнала. Поэтому фаза опорного напряжения всегда имеет два устойчивых состояния: ϕ_с (фиг.3, и) и ϕ_с+π (фиг.3, л). Следовательно, даже имея в точке приема опорное напряжение с постоянной начальной фазой и частотой, равной частоте принимаемого сигнала, можно выделить аналог либо исходной модулирующей функции (фиг.3, к) либо инверсной (обратной) модулирующей функции (фиг.3, м) в зависимости от того, как будут сфазированы входной сигнал (фиг.3, в) и опорное напряжение.

Однако анализируя аналог модулирующей функции, выделяемой из принимаемого ФМн-сигнала в прямом или обратном коде, можно достоверно определить ее параметры (закон фазовой манипуляции, длительность τ_э и количество N элементарных посылок). При этом не принципиально, в прямом или обратном коде анализируется аналог модулирующей функции. Необходимо, чтобы было обеспечено постоянство начальной фазы опорного напряжения, а следовательно, и аналога модулирующей функции в течение всего времени приема и анализа. Именно такая ситуация возникает в реальных условиях приема, когда отсутствуют оприорные сведения о параметрах принимаемого ФМн-сигнала. Поэтому в процессе когерентного приема и синхронного детектирования ФМн-сигналов нет необходимости раскрывать неопределенность начальной фазы опорного напряжения, которая является внутренним свойством данных сигналов.

Таким образом, первый тип “обратной работы” не снижает помехоустойчивости когерентного приема ФМн-сигналов и не влияет на достоверность определения их параметров.

Второй тип “обратной работы” обусловлен скачкообразными переходами начальной фазы опорного напряжения из одного состояния ϕ_с в другое ϕ_с+π под действием помех, кратковременного прекращения приема и других факторов. Эти переходы за время приема ФМн-сигнала происходят в случайные моменты времени (например, t₁, t₂). При этом на выходе фазового детектора 31 выделяется искаженный аналог модулирующей функции (фиг.3, е). Данный тип “обратной работы” является весьма вредным в технике когерентного приема ФМн-сигналов и делает невозможным достоверное определение вышеуказанных параметров. Именно из-за этого типа “обратной работы” классическая фазовая манипуляция долгое время не находила широкого применения несмотря на ряд своих преимуществ.

Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости когерентного приема и синхронного детектирования ФМн-сигналов и достоверности определения их параметров путем устранения явления “обратной работы” второго типа.

Поставленная задача решается тем, что кодовый замок для контейнеров, содержащий на контейнере кодовое устройство, включающее магнитоуправляемые контакты, включенные в цепь управления электромеханическим запорным устройством, магнитный ключ, выполненный в виде блока изолированных друг от друга магнитов, ориентированных в направлении лицевой панели ключа, источник питания, дистанционный переключатель с двумя противофазными обмотками, обмотку реле тревожной сигнализации, контакты тревожной сигнализации и последовательно включенные задающий генератор, фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с выходом генератора модулирующего кода, усилитель мощности и передающую антенну, при этом магнитоуправляемые контакты разделены на группы “запрета” и “разрешения” и установлены под лицевой панелью контейнера, количество и расположение магнитов соответствует числу и расположению контактов группы “разрешения”, задающий генератор, генератор модулирующего кода, фазовый манипулятор и усилитель мощности через замыкающие контакты реле тревожной сигнализации соединены с источником питания, обмотка реле через замыкающие контакты тревожной сигнализации соединены с источником питания, электромеханическое запорное устройство выполнено в виде двух исполнительных блоков, кинематически связанных с механическим замком, к источнику питания последовательно подключены обмотки дистанционного переключателя, кодовое устройство и электромеханическое запорное устройство через контакты дистанционного переключателя разнонаправленного действия, на диспетчерском пункте - последовательно включенные приемную антенну, усилитель высокой частоты, удвоитель фазы, первый измеритель ширины спектра, блок сравнения, второй вход которого через второй измеритель ширины спектра соединен с выходом усилителя высокой частоты, пороговый блок, ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты, фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом узкополосного фильтра, и блок регистрации, а также делитель фазы на два, подключенный к выходу удвоителя фазы, снабжен на диспетчерском пункте частотным детектором, триггером и двойным балансным переключателем, причем к выходу делителя фазы на два последовательно подключены частотный детектор, триггер и двойной балансный переключатель, второй вход которого соединен с выходом делителя фазы на два, а выход подключен к узкополосному фильтру.

Структурная схема кодового замка для контейнеров представлена на фиг.1 и 2. Временные диаграммы, поясняющие принцип работы замка, изображены на фиг.3.

Кодовый замок для контейнеров содержит на контейнере последовательно подключенные к источнику питания 1 дистанционный переключатель 2 с двумя противофазными обмотками 3 и 4, кодовое устройство 5, состоящее из магнитного ключа, выполненного в виде блока изолированных друг от друга магнитов 6, и магнитоуправляемых контактов, состоящих из групп “разрешения” 7 и “запрета” 8, и электромеханическое запорное устройство 9, состоящее из исполнительных блоков 10 и 11, кинематически связанных с механическим замком 12, через контакты разнонаправленного действия дистанционного переключателя 2. К источнику питания 1 подключена обмотка 13 реле тревожной сигнализации через замыкающие контакты 14 тревожной сигнализации. Контейнер также снабжен последовательно включенными задающим генератором 15, фазовым манипулятором 17, второй вход которого соединен с выходом генератора 16 модулирующего кода, усилителем 18 мощности и передающей антенной 19. При этом задающий генератор 15, генератор 16 модулирующего кода, фазовый манипулятор 17 и усилитель 18 мощности соединены с источником питания 1 через замыкающие контакты 13.1 реле тревожной сигнализации.

Диспетчерский пункт содержит последовательно включенные приемную антенну 20, усилитель 21 высокой частоты, удвоитель фазы 23, первый измеритель 24 ширины спектра, блок 26 сравнения, второй вход которого через второй измеритель 25 ширины спектра соединен с выходом усилителя 21 высокой частоты, пороговый блок 27, ключ 28, второй вход которого соединен с выходом усилителя 21 высокой частоты, фазовый детектор 31 и блок 32 регистрации. К выходу удвоителя фазы 23 последовательно подключены делитель фазы 29 на два, частотный детектор 33, триггер 34, двойной балансный переключатель 35, второй вход которого соединен с выходом делителя фазы 29 на два, и узкополосный фильтр 30, выход которого соединен с вторым входом фазового детектора 31. Удвоитель фазы 23, измерители 24 и 25 ширины спектра, блок 26 сравнения, пороговый блок 27 и ключ 28 образуют обнаружитель 22 сигнала.

Корпус панели управления запорным устройством и корпус запорного устройства контейнера с передней панелью выполнены из немагнитного материала.

Положение магнитоуправляемых контактов как группы “разрешения” 7, так и группы “запрета” 8 могут меняться, таким образом устанавливается код на управление устройством.

Образование электрической цепи после перекодировки магнитоуправляемых контактов может осуществляться двумя способами:

- путем механического перемещения магнитоуправляемых контактов вдоль обслуживания “зоны” синхронно с управляющими магнитами, в то время как магнитоуправляемые контакты группы “запрета” 8 устанавливаются произвольно в пределах расположения магнитоуправляемых контактов группы “разрешения” 7;

- путем электрической коммутации в последовательную электрическую цепь из необходимого количества магнитоуправляемых контактов группы “разрешения” 7 и группы “запрета” 8, а также электрической коммутации магнитов 6, расположенных соответственно магнитоуправляемым контактам группы “разрешения” 7.

Кодовый замок для контейнеров работает следующим образом.

При поднесении магнитного ключа к панели управления магнитное поле, создаваемое магнитами 6, воздействует на магнитоуправляемые контакты 7 группы “разрешения”, которые срабатывают и создают электрическую цепь для дистанционного переключателя 2 и исполнительного блока 10. При этом исполнительный блок 10 через замкнутые контакты 3.2 подключается к источнику 1 питания, срабатывает и воздействует на механический замок 12, который закрывает контейнер. Обмотка 3 дистанционного переключателя 2 срабатывает и дистанционный переключатель 2 переводится в свое первое устойчивое состояние, при котором контакты 4.1 и 4.2 замыкаются, а контакты 3.1 и 3.2 размыкаются.

При повторном поднесении магнитного ключа к панели управления магнитное поле, создаваемое магнитами 6, опять воздействует на магнитоуправляемые контакты 7 группы “разрешения”, которые опять срабатывают и создают электрическую цепь для дистанционного переключателя 2 и исполнительного блока 11 через замкнутые контакты 4.1. и 4.2. При этом исполнительный блок 11 срабатывает и воздействует на механический замок 12, который открывает контейнер. Так реагирует кодовый замок при действии лица, которое знакомо с принципом действия замка и установленным в данное время кодом.

В случае попытки открывания контейнера лицом, знакомым с принципом действия кодового замка, но не знающим установленный в данное время код, даже в том случае, когда сработали все переменные магнитоуправляемые контакты “разрешения” 7 и сработал любой из магнитоуправляемых контактов “запрета” 8, электрическая цепь для питания дистанционного переключателя 2 и исполнительного блока 11 не создается и запорное устройство не срабатывает.

При попытке вскрыть контейнер злоумышленником путем физического воздействия на запорное устройство 9 замыкаются контакты 14 тревожной сигнализации и реле 13 срабатывает. Через ее замкнутые контакты 13.1 питание подается на задающий генератор 15, генератор 16 модулирующего кода, фазовый манипулятор 17 и усилитель 18 мощности.

Задающим генератором 15 формируется сигнал высокой частоты (фиг.3, а)

u_c(t)=Uc*Cos(ω_ct+ϕ_c), 0≤t≤Т_c,

где U_c, ω_с, ϕ_с, Т_c - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность сигнала, который поступает на первый вход фазового манипулятора 17, на второй вход которого подается модулирующий код M(t) (фиг.3, б) с выхода генератора 16 модулирующего кода. На выходе фазового манипулятора 17 образуется фазоманипулированный (ФМн) сигнал (фиг.3, в):

u₁(t)=U_c*Cos[ω_ct+ϕ_к(t)+ϕ_c], 0≤t≤Т_c,

где ϕ_к(t)={0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t) (фиг.3, б), причем ϕ_к(t)=соnst при кτ_э<t<(к+1)*τ₂ и может изменяться скачком при t=кτ_э, т.е. на границах между элементарными посылками (к=1,2,...,N-1);

τ_э, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Т_c(Т_c=N*τ_э),

который излучается в эфир с помощью передающей антенны 19 и принимается антенной 20 на диспетчерском пункте.

Принимаемый ФМн-сигнал с выхода приемной антенны 20 через усилитель 21 высокой частоты поступает на вход обнаружителя 22, состоящего из удвоителя 23 фазы, измерителей 24 и 25 ширины спектра, блока 26 сравнения, порогового блока 27 и ключа 28. На выходе удвоителя 23 фазы образуется гармоническое напряжение (фиг.3, г):

u₂(t)=U_c*Cos[2ω_ct+2ϕ_к(t)+2ϕ_c]=U_c*Cos(2ω_ct+2ϕ_c), 0≤t≤Tc.

Так как 2ϕ_к(t)={0,2π}, то в выходном напряжении удвоителя 23 фазы манипуляция фазы уже отсутствует. Это напряжение поступает на вход измерителя 24 ширины спектра. Принимаемый ФМн-сигнал поступает на вход измерителя 25 ширины спектра. Ширина спектра Δf_c ФМн-сигнала определяется длительностью τ_э его элементарных посылок (Δf_c=1/τ_э). Тогда как ширина спектра Δf₂ второй гармоники сигнала определяется его длительностью Т_с (Δf₂=1/T_c).

Следовательно, при удвоении фазы принимаемого ФМн-сигнала его спектр сворачивается в N раз (Δf_c/Δf₂=N).

Это обстоятельство обеспечивает обнаружение ФМн-сигнала на диспетчерском пункте даже тогда, когда отношение сигнал/шум меньше единицы. Напряжения U₁ и U₂, пропорциональные Δf_c и Δf₂ соответственно, с выходов измерителей 25 и 24 ширины спектра поступают на два входа блока 26 сравнения. Так как ₁>>U₂, то на выходе блока 26 сравнения формируется постоянное напряжение, которое превышает пороговый уровень U_пор в пороговом блоке 27. Пороговое напряжение U_пор выбирается таким, чтобы его не превышали случайные помехи и шумы. При превышении порогового уровня Unop в пороговом блоке 27 формируется постоянное напряжение, которое подается на управляющий вход ключа 28, открывая его. В исходном состоянии ключ 28 всегда закрыт. При этом принимаемый ФМн-сигнал с выхода усилителя 21 высокой частоты через открытый ключ 28 поступает на информационный вход фазового детектора 31.

Напряжение u₂(t) (фиг.3, г) с выхода удвоителя 23 фазы поступает на вход делителя 29 фазы на два, на выходе которого образуется гармоническое напряжение (фиг.3, д)

u₃(t)=U_c*Cos(ω_ct+ϕ_с), 0≤t≤Т_c,

которое используется в качестве опорного напряжения, выделяется узкополосным фильтром 30 и подается на опорный вход фазового детектора 31. На выходе последнего образуется низкочастотное напряжение (фиг.3, к):

u_н(t)=u_h*Cosϕ_к (t),

где U_н=1/2К*U²_c;

К - коэффициент передачи фазового детектора, которое является аналогом модулирующего кода M(t) (фиг.3, б).

Это напряжение регистрируется блоком 32 регистрации.

Следовательно, опорное напряжение, необходимое для когерентного приема и синхронного детектирования ФМн-сигналов, выделяется непосредственно из принимаемого ФМн-сигнала. При этом начальная фаза опорного напряжения может иметь два устойчивых значения ϕ_c и ϕ_с+π. Это легко показать аналитически. Если произвести деление, аналогичное предыдущему, но предварительно добавив к аргументу угол 2π, что не изменяет исходного напряжения, то после деления фазы на два получится напряжение, сдвинутое по фазе на π:

u₃(t)=U_c*Cos((2ω_ct+2ϕ_c+2π)/2)=U_c*Cos(ω_ct+ϕ_c+π).

Следовательно, двухзначность фазы полученного напряжения вытекает из самого процесса деления. Физически указанная двузначность фазы объясняется неустойчивой работой делителя 29 фазы на два. Поэтому начальная фаза полученного таким образом опорного напряжения скачкообразно переходит из одного состояния (ϕ_c в другое ф_с+π под действием помех, кратковременного прекращения приема и других факторов в случайные моменты времени (например, t₁ и t₂) (фиг.3, д), т.е. возникает явление “обратной работы” второго типа.

Для устранения этого явления в предлагаемом кодовом замке для контейнеров используется метод стабилизации начальной фазы опорного напряжения. При этом напряжение u₃ (t) с выхода делителя 29 фазы на два поступает на вход частотного детектора 33, который предназначен для обнаружения момента возникновения “обратной работы” второго типа. При скачкообразном изменении начальной фазы опорного напряжения на 180° в момент времени t₁ (фиг.3, д) на выходе частотного детектора 33 образуется положительный короткий импульс, а при скачке начальной фазы на -180° в момент времени t₂ (возвращение начальной фазы опорного напряжения в первоначальное состояние) - отрицательный короткий импульс. Знакочередующие короткие импульсы с выхода частотного детектора 33 (фиг.3, ж) управляют работой триггера 34, выходное напряжение которого (фиг.3, з), в свою очередь, управляет работой двойного балансного переключателя 35. В устойчивом состоянии, когда начальная фаза опорного напряжения совпадает, например, с нулевой начальной фазой принимаемого ФМн-сигнала, на выходе триггера 34 образуется отрицательное напряжение (фиг.3, з) и двойной балансный переключатель 35 находится в своем первоначальном положении, при котором опорное напряжение поступает с выхода делителя 29 фазы на два на опорный вход фазового детектора 31 без изменения.

При скачкообразном изменении начальной фазы опорного напряжения на +180°, обусловленным, например, неустойчивой работой делителя 29 фазы на два под действием помех, триггер 34 положительным коротким импульсом с выхода частотного детектора 33 переводится в другое устойчивое состояние. При этом выходное напряжение триггера 34 в момент времени t₁ становится и остается положительным до очередного скачка начальной фазы в момент времени t₂, который возвращает начальную фазу опорного напряжения в первоначальное состояние (фиг.3, з). Положительное выходное напряжение триггера 34 переводит двойной балансный переключатель 35 в другое устойчивое состояние, при котором опорное напряжение с выхода делителя 29 фазы на два поступает на опорный вход фазового детектора 31 с изменением начальной фазы на -180°. Это позволяет устранить нестабильность начальной фазы опорного напряжения, вызванную скачкообразным ее изменением под действием помех и связанную с ней “обратную работу” второго типа. Следовательно, частотный детектор 33 обеспечивает обнаружение момента возникновения “обратной работы” второго типа, а триггер 34 и двойной балансный переключатель 35 устраняют ее.

Каждый охраняемый контейнер имеет свой индивидуальный модулирующий код. Получив указанную тревожную информацию, на диспетчерском пункте принимается решение о задержании злоумышленников. При этом используются сложные ФМн-сигналы для передачи тревожной информации, которые позволяют применять новый вид селекции и обнаружения - структурную селекцию.

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

Энергетическая скрытность данных 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. Причем энергия 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 ФМн-сигналов обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменения значений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку ФМн-сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемника.

Таким образом, предлагаемый кодовый замок для контейнеров по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение помехоустойчивости когерентного приема и синхронного детектирования ФМн-сигналов и достоверности определения их параметров. Это достигается путем устранения явления “обратной работы” второго типа за счет стабилизации начальной фазы опорного напряжения, выделяемого непосредственно из самого принимаемого ФМн-сигнала.

Формула изобретения

Кодовый замок для контейнеров, содержащий на контейнере кодовое устройство, включающее магнитоуправляемые контакты, включенные в цепь управления электромеханическим запорным устройством, магнитный ключ, выполненный в виде блока изолированных друг от друга магнитов, ориентированных в направлении лицевой панели ключа, источник питания, дистанционный переключатель с двумя противофазными обмотками, обмотку реле тревожной сигнализации, контакты тревожной сигнализации и последовательно включенные задающий генератор, фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с выходом генератора модулирующего кода, усилитель мощности и передающую антенну, при этом магнитоуправляемые контакты разделены на группы “запрета” и “разрешения” и установлены под лицевой панелью контейнера, количество и расположение магнитов соответствуют числу и расположению контактов группы “разрешения”, задающий генератор, генератор модулирующего кода, фазовый манипулятор и усилитель мощности через замыкающие контакты реле тревожной сигнализации соединены с источником питания, обмотка реле через замыкающие контакты тревожной сигнализации соединена с источником питания, электромеханическое запорное устройство выполнено в виде двух исполнительных блоков, кинематически связанных с механическим замком, к источнику питания последовательно подключены обмотки дистанционного переключателя, кодовое устройство и электромеханическое запорное устройство через контакты дистанционного переключателя разнонаправленного действия, на диспетчерском пункте - последовательно включенные приемную антенну, усилитель высокой частоты, удвоитель фазы, первый измеритель ширины спектра, блок сравнения, второй вход которого через второй измеритель ширины спектра соединен с выходом усилителя высокой частоты, пороговый блок, ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты, фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом узкополосного фильтра, и блок регистрации, а также делитель фазы на два, подключенный к выходу удвоителя фазы, отличающийся тем, что он снабжен на диспетчерском пункте частотным детектором, триггером и двойным балансным переключателем, причем к выходу делителя фазы на два последовательно подключены частотный детектор, триггер и двойной балансный переключатель, второй вход которого соединен с выходом делителя фазы на два, а выход подключен к узкополосному фильтру.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3