Электронный замок

Замок относится к технике защиты различных объектов от несанкционированного доступа посторонних лиц, в частности к электронным замкам. Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости электронного замка путем подавления узкополосных помех. Электронный замок содержит элементы включения, выполненные, например, в виде механического замка с электрическим контактом, исполнительный блок, радиопередатчик, радиоприемник, средство для кодирования, колебательные контуры, средство преобразования частоты, генератор модулирующего кода, фазовый манипулятор, перемножители, узкополосный фильтр, фильтры нижних частот, блок памяти, коррелятор, пороговый блок, фазовращатель на +30°, фазовращатель на -30°, блоки вычитания и фазовращатель на +90°. 2 ил.

 

Предлагаемый замок относится к технике защиты различных объектов от несанкционированного доступа посторонних лиц, в частности к электронным замкам.

Известны электронные замки (авт. свид. СССР №№358.495, 475.450, 506.693, 592.693, 699.155, 878.889, 1.000.547, 1.201.472, 1.252.468, 1.326.718, 1.776.744; патенты РФ №№2.002.020, 2.037.046, 2.043.476, 2.159.836; патенты США №№4.831.860, 5.209.088; патенты Великобритании №№2.141.774, 2.261.254; патенты ФРГ №№3.407.128, 3.907.326; патенты Франции №№2.559.193, 2.692.309; патенты Японии №№59-192.167, 60-29912 и другие);

Из известных электронных замков наиболее близким к предлагаемому является «Электронный замок» (патент РФ №2.159.836, Е 05 В 49/00, 2000), который и выбран в качестве прототипа.

При нахождении вблизи замка средства для кодирования, выполненного, например, в виде ключа или брелока, генератор излучает радиосигнал, частота которого преобразуется в средстве для кодирования, после чего опять излучается и принимается усилителем (приемником), настроенным на эту частоту. При совпадении частоты настройки с частотой принимаемого сигнала замок открывается.

Данный замок обеспечивает повышение помехозащищенности, надежности и скрытности. Это достигается использованием сложных сигналов с фазовой манипуляцией, которые обладают структурной и энергетической скрытностью.

Однако известный замок имеет сравнительно низкую помехоустойчивость к узкополосным помехам.

Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости электронного замка путем подавления узкополосных помех.

Поставленная задача решается тем, что электронный замок, содержащий расположенные на объекте охраны радиопередатчик, радиоприемник, исполнительный блок и элементы включения, выполненные в виде механического замка с выключателем питания, соединенного с радиопередатчиком и радиоприемником, последовательно подключенные к выходу радиоприемника первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого фильтра нижних частот, узкополосный фильтр, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом радиоприемника, и первый фильтр нижних частот, последовательно включенные блок памяти, коррелятор, пороговый блок и исполнительный блок, кинематически связанный с механическим замком, а также средство для кодирования, расположенное вне объекта охраны и выполненное в виде последовательно включенных первого колебательного контура, средства преобразования частоты, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом генератора модулирующего кода, и второго колебательного контура, снабжен фазовращателем на +30°, фазовращателем на -30°, фазовращателем на +90°, третьим и четвертым перемножителями, вторым и третьим фильтрами нижних частот, двумя блоками вычитания, причем к выходу радиоприемника последовательно подключены третий перемножитель, второй вход которого через фазовращатель на +30° соединен с выходом узкополосного фильтра, второй фильтр нижних частот, первый блок вычитания, фазовращатель на +90° и второй блок вычитания, второй вход которого соединен с выходом первого фильтра нижних частот, а выход подключен к второму входу коррелятора, к выходу радиоприемника последовательно подключены четвертый перемножитель, второй вход которого через фазовращатель на -30° соединен с выходом узкополосного фильтра, и третий фильтр нижних частот, выход которого соединен с вторым входом первого блока вычитания.

Структурная схема предлагаемого электронного замка представлена на фиг.1. Временные диаграммы, поясняющие принцип работы электронного замка, изображены на фиг.2.

Электронный замок содержит элементы 1 и 2 включения, выполненные, например, в виде механического замка с электрическим контактом, исполнительный блок 3, радиопередатчик 4, радиоприемник 5, средство 6 для кодирования, колебательные контуры 7 и 8, средство 9 преобразования частоты, генератор 10 модулирующего кода, фазовый манипулятор 11, перемножители 12, 13, 21 и 22, узкополосный фильтр 14, фильтры 15, 23 и 24 нижних частот, блок 16 памяти, коррелятор 17, пороговый блок 18, фазовращатель 19 на +30°, фазовращатель 20 на -30°, блоки 25 и 27 вычитания и фазовращатель 26 на +90°. Причем средство 9 преобразования частоты содержит гетеродин, смеситель и усилитель промежуточной частоты. Средство 6 кодирования содержит последовательно включенные колебательный контур 7, средство 9 преобразования частоты, фазовый манипулятор 11, второй вход которого соединен с выходом генератора 10 модулирующего кода, и колебательный контур 8. К выходу радиоприемника 5 последовательно подключены первый перемножитель 12, второй вход которого соединен с выходом первого фильтра 15 нижних частот, узкополосный фильтр 14, второй перемножитель 13, второй вход которого соединен с выходом радиоприемника 5, первый фильтр 15 нижних частот, второй блок 27 вычитания, коррелятор 17, второй вход которого соединен с выходом блока 16 памяти, пороговый блок 18 и исполнительный блок 3, кинематически связанный с механическим замком. К выходу радиоприемника 5 последовательно подключены третий перемножитель 21, второй вход которого через фазовращатель 19 на +30° соединен с выходом узкополосного фильтра 14, второй фильтр 23 нижних частот, первый блок 25 вычитания и фазовращатель 26 на +90°, выход которого соединен с вторым входом второго блока 27 вычитания. К выходу радиоприемника 5 последовательно подключены четвертый перемножитель 22, второй вход которого через фазовращатель 20 на -30° соединен с выходом узкополосного фильтра 14, и третий фильтр 24 нижних частот, выход которого соединен с вторым входом первого блока 25 вычитания.

Электронный замок работает следующим образом.

При нажатии на ручку 1 механического замка замыкаются контакты, подавая питание на радиопередатчик 4 и радиоприемник 5.

Радиопередатчик 4 излучает сигнал высокой частоты

U_C(t)=υ_С*Cos(ω_Сt+ϕ_С), 0≤t≤Т_С,

где υ_С, ω_С, ϕ_С, Т_С - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность сигнала.

Причем длительность Т_C сигнала определяется временем нажатия на ручку 1 замка. Указанный сигнал принимается колебательным контуром 7, настроенным на несущую частоту ω_С, и поступает на первый вход смесителя, на второй вход которого подается напряжение гетеродина

U_г(t)=υ_г*cos(ω_гt+ϕ_г).

На выходе смесителя образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем промежуточной частоты выделяется напряжение промежуточной (разностной) частоты (фиг.2,а)

U_пр(t)=υ_пр*Cos(ω_прt+ϕ_пр), 0≤t≤Т_C,

где υ_пр=1/2*К₁*υ_C*υг;

K₁ - коэффициент передачи смесителя;

ω_пр=ω_с-ω_г - промежуточная частота;

ϕ_пр=ϕ_С-ϕ_г,

которое поступает на первый вход фазового манипулятора 11, на второй вход которого подается модулирующий код M(t) (фиг.2,6), с выхода генератора 10 модулирующего кода. На выходе фазового манипулятора 11 образуется фазоманипулированный (ФМн) сигнал (фиг.2, б)

U₁(t)=υ_пр*Cos[ϕ_прt+ϕ_К(t)+ϕ_пр], 0≤t≤Т_C,

где ϕ_к(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M₁(t) (фиг.2, б), причем ϕ_K(t)=const при k*τ_Э<t<(k+1)*τ_Э и может изменяться скачком при t=k*τ_Э, т.е. на границах между элементарными посылками (k=1, 2,..., N-1);

τ_Э, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Т_с(Т_с=N*τ_Э);

который излучается в эфир последством колебательного контура 8, настроенного на промежуточную частоту ω_пр.

Указанный ФМн-сигнал принимается радиоприемником 5, настроенным на промежуточную частоту ω_пр, и поступает на первые входы перемножителей 12, 13, 21 и 22. На второй вход перемножителя 13 с выхода узкополосного фильтра 14 подается опорное напряжение (фиг.2,г)

U₀(t)=υ₀*Cos(ω_прt+ϕ_пр), 0≤t≤T_С,

В результате перемножения указанных сигналов образуется результирующее колебание

U₂(t)=υ₂*cosϕ_K(t)+υ₂*cos[2ω_прt+ϕ_K(t)+ϕ_пр], 0≤t≤Т_C,

где υ₂=1/2*К₂*υ_пр*υ₀;

К₂ - коэффициент передачи перемножителя.

Аналог модулирующей функции (фиг.2,д)

U_H(t)=υ₂*Cosϕ_K(t), 0≤t≤Т_С.

выделяется фильтром 15 нижних частот и подается на первый вход блока 27 вычитания и на второй вход перемножителя 12, на выходе которого образуется гармоническое колебание

U₀(t)=υ₃*Cos(ω_прt+ϕ_пр)+υ₃*Cos[ω_прt+2ϕ_К(t)+ϕ_пр]=2υ₃*Cos(ω_прt+ϕ_пр)= =υ₀*Cos(ω_прt+ϕ_пр), 0≤t≤Т_C,

где υ₃=1/2*K₂*υ_пр*υ₂;

υ₀=2υ₃.

Данное колебание выделяется узкополосным фильтром 14 и подается на второй вход перемножителя 13.

Следовательно, перемножители 12 и 13, узкополосный фильтр 14 и фильтр 15 нижних частот обеспечивают выделение модулирующего кода M(t) из принимаемого ФМн-сигнала, т.е. синхронное его детектирование.

Необходимым условием синхронного детектирования ФМн-сигналов является наличие в точке приема опорного напряжения, имеющего постоянную начальную фазу и частоту, равную частоте принимаемого сигнала.

Для выделения опорного напряжения непосредственно из принимаемого ФМн-сигнала разработано ряд интересных и оригинальных устройств (например, схемы Пистолькорса А.А., Сидорова В.И., Костаса Д.Ф., Травина Г.А. и др.). Однако указанным устройствам присуще явление «обратной работы», которое делает невозможным достоверное синхронное детектирование ФМн-сигналов.

Предлагаемые блоки, обеспечивающие синхронное детектирование принимаемого ФМн-сигнала, свободны от явления «обратной работы» и позволяют достоверно выделять модулирующую функцию M(t) (ее аналог) из принимаемого ФМн-сигнала.

Если в эфире действует узкополосная помеха

U_П(t)=υ_П*Cos(ω_Пt+ϕ_П),

частота ω_п которого незначительно отличается от промежуточной частоты ω_пр принимаемого ФМн-сигнала

ω_П-ω_пр=Δω≤Δω_ф,

где Δω_ф - полоса пропускания фильтров 15, 23 и 24 нижних частот, то аддитивная смесь принимаемого ФМн-сигнала U₁(t) и узкополосной помехи U_П(t)

U_Σ(t)=U₁(t)+U_П(t)

с выхода радиоприемника 5 поступает на первые входы перемножителей 12, 13, 21 и 22.

Опорное напряжение U₀(t) (фиг.2,г) с выхода узколопосного фильтра 14 одновременно поступает на второй вход перемножителя 13 и на входы фазовращателей 19 и 20 на +30° и -30°, на выходе которых образуются соответствующие напряжения

U₀₁(t)=υ₀*Cos(ω_прt+ϕ_пр+30°),

U₀₂(t)=υ₀*Cos(ω_прt+ϕ_пр-30°), 0≤t≤Т_C,

которые подаются на вторые входы перемножителей 21 и 22 соответственно. На выходе перемножителей 21 и 22 образуются следующие напряжения соответственно

U_Σ1(t)=υ₂*Cosϕ_K(t)+υ₂*Cos[2ω_прt+ϕ_К(t)+2ϕ_пр]+

+υ₃*cos[(ω_П-ω_пр)t+ϕ_П-ϕ_ПР]+

+υ₃*cos[(ω_п+ω_пр)t+ϕ_П+ϕ_ПР];

U_Σ2(t)=υ₂*Cos[ϕ_K(t)-30°]+υ₂*Cos[2ω_ПРt+ϕ_К(t)+2ω_пр-30°]+

+υ₃*Cos[(ω_П-ω_ПР)t+ϕ_П-ϕ_ПР-30°]+

+υ₃*Cos[(ω_П+ω_ПР)t+ϕ_П+ϕ_ПР+30°];

U_Σ3(t)=υ₂*Cos[ϕ_К(t)+30°]+υ₂*Cos[2ω_ПРt+ϕ_К(t)+2ϕ_ПР+30°]+

+υ₃*Cos[(ω_П-ω_ПР)t+ϕ_П-ϕ_ПР+30°]+

+υ₃*Cos[(ω_П+ω_ПР)t+ϕ_П+ϕ_ПР-30°],

где υ₃=1/2*К₂*υ_П*υ₀.

Фильтрами 15, 23 и 24 нижних частот выделяются следующие низкочастотные напряжения соответственно:

U_Н1(t)=υ₂*Cosϕ_K(t)+υ₃*Cos[(ω_П-ω_ПР)t+ϕ_П-ϕ_ПР];

U_H2(t)=υ₂*Cos[ϕ_K(t)-30°]+υ₃*Cos [(ω_П-ω_ПР)t+ϕ_П-ϕ_ПР-30°];

U_H3(t)=υ₂*Cos[ϕ_K(t)+30°]+υ₃*Cos [(ω_П-ω_ПР)t+ϕ_П-ϕ_ПР+30°];

На выходе первого блока 25 вычитания образуется следующая разность:

ΔU_H1(t)=U_H2(t)-U_H3(t)=υ₃{Cos[(ω_П-ω_ПР)t+ϕ_П-ϕ_ПР-30°]-

-Cos[(ω_П-ω_ПР)t+ϕ_П-ϕ_ПР+30°]}=

=2υ₃*Sin[(ω_П-ω_ПР)t+ϕ_П-ϕ_ПР]*Sin30°=

=υ₃*Sin[(ω_П-ω_ПР)t+ω_П-ω_ПР].

Анализ полученной разности ΔU_H1(t) показывает, что она представляет собой оценку помеховой составляющей, которая отличается от помеховой составляющей в основном канале поворотом по фазе на +90°.

Разностное напряжение ΔU_H1(t) с выхода блока 25 вычитания поступает на вход фазовращателя 26 на +90°, на выходе которого образуется напряжение

ΔU_H2(t)=υ₃*Cos[(ω_П-ω_ПР)t+ϕ_П-ϕ_ПР]

Напряжение U_H1(t) с выхода первого фильтра 15 нижних частот поступает на первый вход блока 27 вычитания, на второй вход которого подается напряжение ΔU_H2(t) с выхода фазовращателя 26 на +90°. На выходе блока 27 вычитания образуется следующее разностное напряжение

ΔU_H3(t)=υ_н1(t)-ΔU_H2(t)=υ₂*Cosϕ_K(t),

в котором помеховая составляющая отсутствует.

Напряжение ΔU_H3(t), представляющее собой аналог модулирующего кода (фиг.2,а), с выхода блока 27 вычитания поступает на первый вход коррелятора 17, на второй вход которого подаются модулирующие коды M₁(t)-M_П(t), записанные заранее в блоке 16 памяти, где n - количество сотрудников, имеющих доступ к электронному замку, а следовательно, и санкционированный доступ к объекту охраны.

Каждый сотрудник объекта охраны имеет свой индивидуальный модулирующий код, который записан в блоке 16 памяти и в персональном ключе (средство 6 для кодирования). Выделенный из принимаемого ФМн-сигнала аналог модулирующего кода в корреляторе 17 со своим прототипом, записанным в блоке 16 памяти, образует максимальное напряжение, пропорциональное корреляционной функции R(τ). Это напряжение превышает пороговый уровень υ_пор в пороговом блоке 18. Пороговый уровень υ_пор выбирается таким, чтобы его превышали только максимальные значения корреляционных функций. При превышении порогового напряжения υ_nop в пороговом блоке 18 формируется управляющее напряжение, которое включает исполнительный блок 3.

При отсутствии вблизи электронного замка средства 6 для кодирования, которое может быть выполнено в виде ключа или брелока, сигнал на первом входе коррелятора 17 отсутствует и замок не открывается. Замок не открывается и в том случае, если модулирующий код, записанный в брелоке его владельца, не соответствует ни одному из кодов M₁(t)-M_П(t), записанных в блоке 16 памяти.

В электронном ключе используются сложные сигналы с фазовой манипуляцией, которые обладают структурной и энергетической скрытностью. Указанные сигналы позволяют применять новый вид селекции - структурную селекцию.

Таким образом, предлагаемый электронный замок по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение помехоустойчивости. Это достигается подавлением узкополосных помех фазокомпенсационным методом.

Электронный замок, содержащий расположенные на объекте охраны радиопередатчик, радиоприемник, исполнительный блок и элементы включения, выполненные в виде механического замка с выключателем питания, соединенного с радиопередатчиком и радиоприемником, последовательно подключенные к выходу радиоприемника первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого фильтра нижних частот, узкополосный фильтр, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом радиоприемника, и первый фильтр нижних частот, последовательно включенные блок памяти, коррелятор, пороговый блок и исполнительный блок, кинематически связанный с механическим замком, а также средство для кодирования, расположенное вне объекта охраны и выполненное в виде последовательно включенных первого колебательного контура, средства преобразования частоты, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом генератора модулирующего кода, и второго колебательного контура, отличающийся тем, что он снабжен фазовращателем на +30°, фазовращателем на -30°, фазовращателем на +90°, третьим и четвертым перемножителями, вторым и третьим фильтрами нижних частот, двумя блоками вычитания, причем к выходу радиоприемника последовательно подключены третий перемножитель, второй вход которого через фазовращатель на +30° соединен с выходом узкополосного фильтра, второй фильтр нижних частот, первый блок вычитания, фазовращатель на +90° и второй блок вычитания, второй вход которого соединен с выходом первого фильтра нижних частот, а выход подключен к второму входу коррелятора, к выходу радиоприемника последовательно подключены четвертый перемножитель, второй вход которого через фазовращатель на -30° соединен с выходом узкополосного фильтра, и третий фильтр нижних частот, выход которого соединен с вторым входом первого блока вычитания.