Противоугонное устройство для транспортного средства

Изобретение относится к технике предотвращения несанкционированного использования и хищения транспортных средств. На посту контроля установлен содержит передатчик, а на транспортном средстве - приемник, исполнительный блок и пассивный приемоответчик. Передатчик содержит задающий генератор, генератор модулирующего кода, фазовый манипулятор, усилитель мощности, приемопередающую антенну, усилитель высокой частоты, дуплексор, фазовый детектор и компьютер. Приемник содержит приемную антенну, усилитель высокой частоты, два измерителя ширины спектра, удвоитель частоты, блок сравнения, два пороговых блока, ключ, делитель частоты на два, узкополосный фильтр, фазовый детектор, однополярный вентиль и накопитель. Исполнительный блок содержит ключ, катушку зажигания, два реле, выключатель, выключатель зажигания, аккумулятор, габаритные лампы, звуковой сигнализатор, управляющий выключатель, три конденсатора, тиристор, два резистора, стабилитрон. Приемоответчик содержит пьезокристалл, микрополосковую антенну, электроды, шины и отражающие пластины. Устройство характеризуется расширенными функциональными возможностями и обеспечивает, в частности, обнаружение угнанного транспортного средства при нахождении его в статическом обесточенном состоянии на стоянке, в гараже или просто на улице. 4 ил.

 

Предлагаемое устройство относится к транспортной технике, в частности к устройствам для предотвращения несанкционированного использования или хищения транспортных средств с использованием радиоканалов.

Известны противоугонные устройства для транспортных средств с использованием радиоканалов (например, патенты РФ №№2006394, 2011574, 2011575, 2021927, 2033352, 2033353, 2033354, 2042548, 2058906, 2061320, 2061321, 2061323, 2180293 и другие).

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является «Противоугонное устройство для транспортного средства» (патент РФ №2058906, В 60 R 25/04, 1992), которое и выбрано в качестве базового устройства.

Указанное устройство обеспечивает дистанционный поиск и обнаружение угнанного транспортного средства, находящегося в общем транспортном потоке, и его задержание, т.е. когда угнанное транспортное средство находится в движении и под напряжением бортового аккумулятора.

Однако угнанное транспортное средство невозможно обнаружить, если оно находится в статическом состоянии и полностью обесточено.

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей устройства путем обнаружения угнанного транспортного средства при нахождении его в статическом обесточенном состоянии на стоянке, в гараже или просто на улице.

Поставленная задача решается тем, что противоугонное устройство для транспортного средства, содержащее передатчик, установленный на посту контроля и состоящий из антенны и последовательно включенных задающего генератора, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом генератора модулирующего кода, и усилителя мощности, приемник, установленный на транспортном средстве и состоящий из последовательно включенных приемной антенны, первого усилителя высокой частоты, удвоителя частоты, первого измерителя ширины спектра, блока сравнения, второй вход, которого через второй измеритель ширины спектра соединен с выходом первого усилителя высокой частоты, первого порогового блока, второго ключа, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя высокой частоты, первого фазового детектора, второй вход которого через последовательно включенные делитель частоты на два и узкополосный фильтр соединен с выходом удвоителя частоты, однополярного вентиля, накопителя и второго порогового блока, установленные на транспортном средстве первое и второе реле, выполненные первое с замыкающим и размыкающим, а второе с замыкающим контактами, и обмотка первого из которых подключена к аккумуляторной батарее транспортного средства через выключатель зажигания, а один из контактов включен в цепь питания катушки зажигания, узел временной задержки, тиристор, включенный в цепь питания звукового сигнализатора параллельно выключателю звукового сигнализатора и соединенный управляющим электродом с выходом узла временной задержки, первый ключ, соединенный последовательно с обмоткой первого реле, управляющий выключатель и сигнальные лампы, при этом первое реле выполнено с дополнительным замыкающим контактом, который включен в цепь управления узла временной задержки, первый упомянутый контакт указанного реле выполнен размыкающим, а его первый замыкающий контакт включен между звуковым сигнализатором и выключателем зажигания, управляющий выключатель включен между первым ключом и корпусом транспортного средства, а обмотка второго реле и последовательно соединенные между собой замыкающий контакт второго реле и включенные параллельно сигнальные лампы подключены к аккумуляторной батарее через первый замыкающий контакт первого реле, снабжено на пункте контроля дуплексером, вторым усилителем высокой частоты, вторым фазовым детектором и компьютером, причем к выходу усилителя мощности последовательно подключены дуплексер, вход-выход которого соединен с антенной, второй усилитель высокой частоты, второй фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, и компьютер, а на транспортном средстве пассивным приемоответчиком, выполненным на пьезокристалле с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным преобразователем и набором отражателей, причем преобразователь выполнен в виде встречно-штыревой структуры, играет роль линии задержки на поверхностных акустических волнах и содержит две гребенчатые системы электродов, соединенные друг с другом шинами, которые связаны с микрополосковой антенной, также изготовленной на поверхности пьезокристалла.

Структурная схема передатчика представлена на фиг.1. Структурная схема приемника и исполнительного блока представлена на фиг.2. Схема приемоответчика изображена на фиг.3. Временные диаграммы, поясняющие работу устройства, показаны на фиг.4.

Устройство содержит передатчик 1, приемник 7, исполнительный блок 27 и пассивный приемоответчик 50.

Передатчик 1 состоит из последовательно включенных задающего генератора 2, фазового манипулятора 4, второй вход которого соединен с выходом генератора 3 модулирующего кода, усилителя 5 мощности, дуплексера 46, вход-выход которого соединен с антенной 6, второго усилителя 47 высокой частоты, второго фазового детектора 48, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 2, и компьютера 49.

Приемник 7 содержит последовательно включенные приемную антенну 8, первый усилитель 9 высокой частоты, удвоитель 12 частоты, первый измеритель 13 ширины спектра, блок 14 сравнения, второй вход которого через второй измеритель 11 ширины спектра соединен с выходом усилителя 9 высокой частоты, первый пороговый блок 15, второй ключ 16, второй вход которого соединен с выходом усилителя 9 высокой частоты, первый фазовый детектор 19, второй вход которого через последовательно включенные делитель 17 частоты на два и узкополоский фильтр 18 соединен с выходом удвоителя 12 частоты, однополярный вентиль 20, накопитель 21 и второй пороговый блок 22. Удвоитель 12 частоты, измерители 11 и 13 ширины спектра, блок 14 сравнения, пороговые блоки 15 и 22, ключ 16, фазовый детектор 19, делитель 17 частоты на два, узкополосный фильтр 18, однополярный вентиль 20 и накопитель 21 образуют обнаружитель 10.

Исполнительный блок 27 состоит из последовательно подключенных к плюсовой шине аккумулятора 29 выключатель 28 зажигания, контакт 25.1 и первая обмотка катушки 24 зажигания. Параллельно аккумулятору 29 включены последовательно соединенные выключатель 28 зажигания, обмотка 25 реле, первый ключ 23 и выключатель 26, последовательно соединенные контакты 25.2, 30.1 и сигнальные лампы 31-34, включенные параллельно, и обмотка 30 реле. К плюсовой шине аккумулятора 29 последовательно подключены контакт 25.2, звуковой сигнализатор 35 и узел 40 временной задержки. К выходу звукового сигнализатора 35 последовательно подключены транзистор 41, зашунтированный тиристором 38, и конденсатор 39. В базовую цепь транзистора 41 включен стабилитрон 44. К звуковому сигнализатору 35 последовательно подключены резистор 42, резистор 43, контакт 25.3 и конденсатор 45.

Приемоответчик 50 представляет собой пьезокристалл 51 с нанесенным на его поверхность алюминевым тонкопленочным преобразователем и набором отражателей 56. Причем преобразователь выполнен в виде встречно-штыревой структуры, играет роль линии задержки на поверхностных акустических волнах (ПАВ) и содержит две гребенчатые системы электродов 53, соединенные друг с другом шинами 54 и 55, которые связаны с микрополосковой антенной 52, также изготовленной на поверхности пьезокристалла 51.

Принцип дистанционного поиска и обнаружения в общем транспортном потоке угнанного средства основан на использовании сложного фазоманипулированного (ФМН) сигнала, который излучается передатчиком, принимается и селектируется приемником, детектируется, накапливается и используется для включения габаритных ламп, звукового сигнализатора и выключения двигателя. Причем включенные лампы 31-34 и звуковой сигнализатор 35 являются признаком обнаружения угнанного транспортного средства, а выключенный двигатель обеспечивает задержание транспортного средства и угонщика. При этом передатчик 1 устанавливается на постах контроля или машинах ГАИ, а приемник 7 и исполнительный блок 27 - на транспортных средствах.

Использование сложного ФМН-сигнала позволяет применять новый вид селекции - структурную селекцию, которая обеспечивает более высокую помехоустойчивость и надежность выделения указанного сигнала среди других сигналов и помех, действующих в той же полосе частот и в те же промежутки времени.

Принцип работы встречно-штыревого преобразователя основан на том, что переменные в пространстве и времени электричесские поля, создаваемые в пьезоэлектрическом кристалле системой электродов, вызывают из-за пьезоэффекта упругие деформации, которые распространяются в кристалле в виде ПАВ.

Устройство работает следующим образом.

После включения передатчика 1 высокочастотное колебание (фиг.4,а)

U₁(t)=υ_c·Cos(ω_ct+ϕ_c), 0≤t≤Т_с,

где υ_c, ω_с, ϕ_с, Т_с - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность высокочастотного колебания с выхода задающего генератора 2 поступает на первый вход фазового манипулятора 4, на второй вход которого подается модулирующий код M₁(t) (фиг.4,б) с выхода генератора 3 модулирующего кода. В результате фазовой манипуляции на выходе фазового манипулятора 4 образуется ФМН-сигнал (фиг.4,в)

U₂(t)=υ_c·Cos[ω_ct+ϕ_k(t)+ϕ_c), 0≤t≤Т_с,

где ϕ_k(t)={O, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M₁(t), причем

ϕ_к(t)=const при К·τ_u<t<(К+1)·τ_u

и может изменяться скачком при t=Кτ_u, т.е. на границах между элементарными посылками (К=0,1,2,..., N-1).

τ_u, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Т_c(Т_c·τ_u). Этот сигнал после усиления в усилителе 5 мощности излучается антенной 6 в эфир. При этом приемопередающая антенна 6 может быть направленной, например параболической, что обеспечивает облучение только транспортного потока, проходящего мимо пункта контроля. ФМН-сигнал U₂(t) улавливается приемной антенной 8 транспортного средства и через усилитель 9 высокой частоты поступает на вход обнаружителя 10, состоящего из измерителей 11 и 13 ширины спектра, удвоителя 12 частоты, блока 14 сравнения, порогового блока 15, ключа 16, делителя 17 частоты на два, узкополосного фильтра 18, фазового детектора 19, однополярного вентиля 20, накопителя 21 и порогового блока 22. На выходе удвоителя 12 частоты образуется гармоническое напряжение (фиг.4,г)

U₃(t)=υ_с·Cos(2ω_ct+2ϕ_с), 0≤t≤Т_c.

Так как 2ϕ_k(t)={0, 2π}, то в указанном напряжении манипуляция фазы уже отсутствует.

Ширина спектра Δf₂ второй гармоники определяется длительность Т_c сигнала (Δf2=1/Тс), тогда как ширина спектра Δf_c ФМН-сигнала определяется длительностью τ_u его элементарных посылок (Δf_c=1/τ_u), т.е. ширина спектра Δf₂ второй гармоники сигнала в N раз меньше ширины спектра Δf_c входного сигнала Δf_c/Δf₂=N.

Следовательно, при удвоении частоты ФМН-сигнала его спектр сворачивается в N раз. Это и позволяет обнаружить ФМН-сигнал среди других сигналов, шумов и помех даже тогда, когда его мощность на входе приемника меньше мощности шумов и помех.

Ширина спектра Δf_c входного ФМН-сигнала измеряется с помощью измерителя 11, а ширина спектра Δf₂ второй гармоники сигнала измеряется с помощью измерителя 13. Напряжение υ₁ и υ₂, пропорциональные Δf_c и Δf₂ соответственно, с выходов измерителей 11 и 13 ширины спектра поступают на два входа блока 14 сравнения. Так как υ₁>>υ₂, то на выходе блока 14 сравнения образуется положительное напряжение, которое превышает пороговый уровень υ_пop1 в пороговом блоке 15. Пороговый уровень υ_пop1 выбирается таким, чтобы его не превышали случайные помехи. При превышении порогового уровня υ_пор1 в пороговом блоке 15 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 16, открывая его. Ключи 16 и 23 в исходном состоянии всегда закрыты. При этом ФМН-сигнал U₂(t) (фиг.4,в) с выхода усилителя 9 высокой частоты через открытый ключ 16 поступает на информационный вход фазового детектора 19. Гармоническое напряжение U₃(t) (фиг.4,г) с выхода удвоителя 12 частоты одновременно поступает на вход делителя 17 частоты на два, на выходе которого образуется напряжение (фиг.4,д)

U₄(t)=υ_c·Cos(ω_ct+ϕ_c), 0≤t≤Т_c.

Это напряжение выделяется узкополосным фильтром 18 и подается на опорный вход фазового детектора 19. На выходе последнего образуется низкочастотное напряжение (фиг.4,е)

U_H1(t)=υ_H1·Cos ω_k(t), 0≤t≤Т_c,

где U_H1=¹/₂ K₁·υ_c ²;

K₁ - коэффициент передачи фазового детектора, соответствующее по форме модулирующему коду M₁(t) (фиг.4,6). Указанное напряжение поступает на вход однополярного вентиля 20, на выходе которого образуются только положительные импульсы (фиг.4,ж). Эти импульсы после накопления в накопителе 21 превышают пороговый уровень υ_пop2 в пороговом блоке 22. При превышении указанного уровня в пороговом блоке 22 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 23, открывая его. При этом постоянное напряжение аккумулятора 29 через замкнутый выключатель 28 зажигания, открытый ключ 23 и замкнутый выключатель 26 устройства подается на обмотку реле 25. Выключатель 26 устройства устанавливается на транспортном средстве в месте, известном только владельцу. При срабатывании реле 25 размыкается контакт 25.1 и замыкаются контакты 25.2 и 25.3. Разомкнутые контакты 25.1 выключают двигатель, что приводит к остановке транспортного средства.

Постоянное напряжение аккумулятора 29 через замкнутый контакт 25.2 подается на обмотку реле 30, которое срабатывает и замыкает контакт 30.1. При этом включаются сигнальные лампы 31-34, установленные на передней и задней панелях кузова транспортного средства. Одновременно напряжение аккумулятора 29 через замкнутый контакт 25.2 подается на звуковой сигнализатор 35. Работа сигнальных ламп 31-34 и звукового сигнализатора является признаком обнаружения угнанного транспортного средства.

В схеме противоугонного устройства, используются уже имеющиеся на транспортном средстве звуковой сигнализатор и габаритные лампы.

При замыкании контактов 25.2 и 25.3 напряжение питания подается также на узел 40 временной задержки, состоящий из транзистора 41, резисторов 42 и 43, стабилитрона 44 и контедсатора 45. Конденсатор 45 начинает заряжаться и через определенный интервал времени (5-7 с), который регулируется переменным резистором 43, напряжение на конденсаторе 45 достигает напряжения открывания стабилитрона 44, отпирается тиристор 38 и срабатывает звуковой сигнализатор 35. Для поддержания тиристора 38 в открытом состоянии используется заряд конденсатора 37. Звуковой сигнализатор 35 и габаритные лампы 31-34 продолжают работать до задержания транспортного средства и угонщика. Если звуковой сигнализатор 35 срабатывает, то его невозможно выключить, только отключив выключатель 28 зажигания. Для выключения звукового сигнализатора 35 необходимо выключить зажигание и кратковременно нажать на выключатель 36. Этим достигается запирание тиристора 38 и исключается его повторное открытие.

Одновременно зондирующий ФМН-сигнал U₂(t) облучает пассивный приемоответчик 50, который может быть вмонтирован в один или несколько элементов транспортного средства, закамуфлирован под определенный предмет или может быть выполнен в виде отдельного миниатурного устройства, которое помещается в потайном месте транспортного средства.

Принцип действия пассивного приемоответчика 50 основан на акустической обработке принятого ФМН-радиоимпульса с помощью линии задержки на поверхностных акустических волнах (ПАВ).

Поверхностные акустические волны - это волны, распространяющиеся вдоль поверхности твердых тел в относительно тонком поверхностном слое. Скорость распространения ПАВ в кристаллах примерно на пять порядков меньше скорости распространения электромагнитных колебаний. Это значит, что на сантиметре кристалла можно уместить информацию, которая заполнит кабель длиной в километр. Высокая информационная емкость приборов на ПАВ впервые была использована в линиях задержки, которые позволяют хранить, преобразовывать, канализировать, отводить и отражать распространяющиеся в них сигналы.

В основе работы приборов на ПАВ лежат три физические процесса:

- преобразование входного электрического сигнала в акустическую волну;

- распространение акустической волны по поверхности звукопровода и ее отражение;

- обратное преобразование ПАВ в электрический сигнал с параметрами, определяемыми внутренней структурой встречно-штыревого преобразователя.

Для прямого и обратного преобразования используется встречно-штыревой преобразователь, полоса пропускания которого много больше ширины спектра Δf_c принимаемого сигнала.

Акустическая волна, полученная в преобразователе, распространяется по поверхности пьезокристалла 51 и через некоторое время достигает отражающих пластин 56, которые отражают акустическую волну назад с фазой, определяемой положением отражающих пластин 56 и амплитудой, пропорциональной коэффициенту отражения. Преобразователь ПАВ преобразует отраженную акустическую волну обратно в радиоимпульс с фазовой манипуляцией (фиг.4,и)

U₅(t)=υ₅·Cos[ω_ct+ϕ_к2(t)+ϕ₂], 0≤t≤Т_c,

где ϕ_к(t)={0, π} - определяется внутренней структурой встречно-штыревого преобразователя (модулирующим кодом M₂(t)) (фиг.4,з). В качестве примера на фиг.4,з показана встречно-штыревая структура для кода 101001011. Сформированный радиоимпульс U₅(t) излучается микрополосковой антенной 52 в эфир, принимается антенной 6 и через дуплексер 46 и усилитель 47 высокой частоты поступает на информационный вход фазового детектора 48, на опорный вход которого подается высокочастотное колебание U₁(t) (фиг.4,а) с выхода задающего генератора 2. На выходе фазового детектора 48 образуется низкочастотное напряжение (фиг.4,к)

U_H2(t)=υ_Н2·Cosϕ_k2(t), 0≤t≤Т_с,

где U_H2=¹/₂K₁·υ₅·υ_c;

пропорциональное модулирующему коду M₂(t) (фиг.4,з). Это напряжение с выхода фазового детектора 48 направляется в базу данных компьютера 49 для идентификации. Оно представляет собой индивидуальную маркировку обследуемого транспортного средства, например его идентификационный номер.

Предварительно индивидуальные номера угнанных транспортных средств регистрируются путем внесения их в базу данных компьютера 49.

По результатам идентификации принимается решение и определяются характеристики угнанного транспортного средства.

К основным характеристикам устройства можно отнести следующие:

- мощность передатчика средняя - не более 100 мВт;

- частотный диапазон - 400-420 (900-920 МГц);

- дальность - не менее 200 м;

- количество кодовых комбинаций - 2³²-2¹²⁸;

- тип излучаемого сигнала и сигнала ответчика - широкополосные ФМН-сигналы (база сигналов В=20-100);

- габариты приемоответчика - 8·15·5 мм;

- срок службы приемоответчика - не менее 20 лет;

- потребляемая приемоответчиком мощность - 0 Вт.

Если угнанное транспортное средство находится в статическом обесточенном состоянии, то в работе участвуют передатчик 1 и пассивный приемоответчик 50.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает не только дистанционный поиск и обнаружение угнанного транспортного средства, находящегося в общем транспортном потоке, и его задержание, но и передачу на пункт контроля тревожной информации, содержащей сведения об угнанном транспортном средстве.

Кроме того, на пункт контроля передается тревожная информация по радиоканалу при нахождении угнанного транспортного средства в статическом обесточенном состоянии на стоянке, в гараже или просто на улице при соответствующем его облучении сканирующим устройством.

Основное преимущество системы автоматической телеиндикации угнанного транспортного средства, находящегося в динамике или статике, состоит в возможности использовать пассивный, т.е. не требующий источников питания приемоответчик с малыми габаритами.

Другое преимущество заключается в возможности совмещения функций переизлучения энергии, кодирования индивидуальной информации об угнанном транспортном средстве и функций датчика какой-либо физической величины в одном устройстве с простой конструкцией.

В ряде случаев положительным свойством пассивного приемоответчика на ПАВ можно считать малые затраты на длительную эксплуатацию (отсутствие батареи и большое время наработки на отказ).

Кроме того, в особых случаях считывание индивидуальной маркировки с угнанных транспортных средств можно производить скрытно, без видимых признаков их облучения. Тем самым функциональные возможности противоугонного устройства расширены.

Противоугонное устройство для транспортного средства, содержащее передатчик, установленный на посту контроля и состоящий из антенны и последовательно включенных задающего генератора, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом генератора модулирующего кода, и усилителя мощности, приемник, установленный на транспортном средстве и состоящий из последовательно включенных приемной антенны, первого усилителя высокой частоты, удвоителя частоты, первого измерителя ширины спектра, блока сравнения, второй вход которого через второй измеритель ширины спектра соединен с выходом первого усилителя высокой частоты, первого порогового блока, второго ключа, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя высокой частоты, первого фазового детектора, второй вход которого через последовательно включенные делитель частоты на два и узкополосный фильтр соединен с выходом удвоителя частоты, однополярного вентиля, накопителя и второго порогового блока, установленные на транспортном средстве первое и второе реле, выполненные первое с замыкающим и размыкающим, а второе с замыкающим контактами, обмотка первого из которых подключена к аккумуляторной батарее транспортного средства через выключатель зажигания, а размыкающий включен в цепь питания катушки зажигания, узел временной задержки, тиристор, включенный в цепь питания звукового сигнализатора параллельно выключателю звукового сигнализатора и соединенный управляющим электродом с выходом узла временной задержки, первый ключ, соединенный последовательно с обмоткой первого реле, управляющий выключатель и сигнальные лампы, при этом первое реле выполнено с дополнительным замыкающим контактом, который включен в цепь управления узла временной задержки, а его первый замыкающий контакт включен между звуковым сигнализатором и выключателем зажигания, управляющий выключатель включен между первым ключом и корпусом транспортного средства, а обмотка второго реле и последовательно соединенные между собой замыкающий контакт второго реле и включенные параллельно сигнальные лампы подключены к аккумуляторной батарее через первый замыкающий контакт первого реле, отличающееся тем, что оно снабжено на посту контроля дуплексером, вторым усилителем высокой частоты, вторым фазовым детектором и компьютером, причем к выходу усилителя мощности последовательно подключены дуплексер, вход-выход которого соединен с антенной, второй усилитель высокой частоты, второй фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, и компьютер, а на транспортном средстве - пассивным приемоответчиком, выполненным на пьезокристалле с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным преобразователем и набором отражателей, причем преобразователь выполнен в виде встречно-штыревой структуры, играет роль линии задержки на поверхностных акустических волнах и содержит две гребенчатые системы электродов, соединенные друг с другом шинами, которые связаны с микрополосковой антенной, также изготовленной на поверхности пьезокристалла.