Система радиочастотной идентификации на поверхностных акустических волнах

Предлагаемая система относится к области радиотехники и может быть использована для идентификации и охраны различных объектов. Технической задачей изобретения является повышение эффективности охраны объектов путем применения надежной системы, контроля над действиями охранных патрулей. Система содержит приемопередатчик с рупорной приемопередающей антенной, линии задержки на поверхностных акустических волнах (ПАВ), антенны, приемопередающие встречно-штыревые преобразователи (ВШП), отражательные ВШП. Каждые m линий задержек с различными расстояниями между ВШП объединены в n групп, которые, в свою очередь, объединены в соответствующие группы. Радиочастотные метки размещены на пунктах охраны, каждый из которых содержит n объектов охраны. Приемопередатчик содержит управляющее устройство, синтезатор частот, генератор импульсов, антенный переключатель, приемник с детектором, устройство формирования прямоугольных импульсов, устройство счета импульсов, аварийное устройство сигнализации, узкополосный фильтр с частотой настройки f_н=f₁, линию задержки со временем задержки τ_з=2mτ, полосовой фильтр с частотой настройки _fн=f₁, фазовый детектор, блок регистрации и таймер. 3 ил.

 

Предлагаемая система относится к области радиотехники и может быть использована для идентификации и охраны различных объектов.

Известны системы радиочастотной идентификации на поверхностных акустических волнах (ПАВ) (авт. свид. СССР №1054887, 1773191, 1815795; патенты РФ №2054694, 2057334, 2126980, 2276796, 2333513, 2344437; патенты США №4059831, 4605929, 4625208, 4734698; патент Великобритании №2289602; патент ФРГ №1.279.785; патент Франции №2630236 и другие).

Из известных систем наиболее близкой к предлагаемой является «Система радиочастотной идентификации на поверхностных акустических волнах» (патент РФ №2344437, G01S 13/00, 2006), которая и выбрана в качестве базовой системы.

Указанная система содержит приемопередатчик с антенной и радиочастотные метки на поверхностных акустических волнах, представляющие собой линии задержки, имеющие приемопередающие встречно-штыревые преобразователи (ВШП), соединенные с антенной, и отражательные ВШП. При этом радиочастотные метки располагаются на различных объектах охраны, а сотрудники службы охраны периодически обходят объекты охраны и, включая приемопередатчик, опрашивают радиочастотные метки последовательностью считывающих импульсов. По отсутствию какого-либо импульса в последовательности отраженных от группы объектов импульсов можно определить номер линии задержки (ЛЗ) в группе, а по номеру группы конкретную отсутствующую ЛЗ, т.е. осуществить наличие объекта охраны или его отсутствие (осуществить идентификацию), к которому прикреплена данная ЛЗ, т.е. установить факт кражи одного или нескольких охраняемых объектов.

Следовательно, надежность охраны объектов во многом зависит от того, как выполняют сотрудники службы охраны свои обязанности, соответствующие инструкции и предписания, т.е. надежность охраны объектов зависит от так называемого «человеческого фактора».

Следует отметить, что работа охранников - тяжелый труд. Во-первых, это необходимость совершать обходы по порой довольно значительной территории и, что немаловажно, при любых погодных условиях. Во-вторых, это специфическое время работы. Как правило, это вечерние и ночные часы, когда нормальный человеческий организм находится в низшей стадии активности. Даже этих двух факторов достаточно, чтобы выявить главный недостаток таких охранных патрулей. При не очень высоких зарплатах лишь небольшой процент из всех сотрудников охраны будет добросовестно нести вахту на протяжении всего дежурства. Уж очень велик соблазн пройтись по маршруту не 10 раз за ночь, а, например, два, при этом сэкономив уйму времени на сон.

Единственный способ повысить эффективность охраны объектов - надежная система контроля над действиями охранных патрулей. Возможность повлиять на ее работу у сотрудников службы охраны должна быть минимальной. Необходима полноценная система отчетов о выполнении сотрудниками своих обязанностей. Должны быть учтены возможные условия эксплуатации, а именно система должна быть мобильной, энергонезависимой и защищенной от внешних воздействий.

Основной довод в пользу контроля службы охраны с помощью специальных устройств - однозначное определение эффективности работы персонала. После изучения отчета у начальника службы безопасности не просто колонки цифр, а объективная информация о добросовестности каждого сотрудника службы охраны.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности охраны объектов путем применения надежной системы контроля над действиями охранных патрулей.

Поставленная задача решается тем, что система радиочастотной идентификации, содержащая в соответствии с ближайшим аналогом приемопередатчик с антенной и n групп линий задержки на поверхностных акустических волнах, представляющих радиочастотные метки, каждая линия задержки имеет приемопередающие встречно-штыревые преобразователи, соединенные с антенной, и отражательные встречно-штыревые преобразователи, при этом n групп линий задержки выполнены с возможностью отражения от них разных центральных частот f_c, внутри каждой из n групп линий задержек имеется m линий задержек на одну и ту же центральную частоту, каждая линия задержки имеет один отражающий встречно-штыревой преобразователь, расположенный в разных линиях задержки на разных расстояниях, отличающихся друг от друга на одну и ту же величину d=τ×U_пав; U_пав - скорость поверхностных акустических волн, расстояние между центральными частотами линий задержек, находящихся в разных группах, выбирается равным Δf/m, а полоса пропускания каждой линии задержки равна Δf/1,5n, приемопередатчик производит периодический опрос меток радиоимпульсами длительностью τ и частотой заполнения, равной f_c, последовательно, начиная с частоты f₁ и кончая частотой f_n, минимальное расстояние между опрашивающими импульсами, период опроса, равно 2mτ, а минимальная величина τ определяется из соотношения

τ=1,5n/Δf,

где Δf - полоса частот, выделенная для системы,

причем приемопередатчик содержит последовательно включенные управляющее устройство, синтезатор частот, генератор импульсов, второй вход которого соединен со вторым выходом управляющего устройства, антенный переключатель, второй вход которого соединен с третьим выходом управляющего устройства, вход - выход связан с приемопередающей антенной, приемник с детектором, решающее устройство, устройство счета импульсов и аварийное устройство сигнализации, отличается от ближайшего аналога тем, что приемопередатчик снабжен последовательно подключенными к выходу синтезатора частот узкополосным фильтром с частотой настройки f_н=f₁, линией задержки со временем задержки τ_з=2mτ, фазовым детектором, второй вход которого через полосовой фильтр с частотой настройки f_н=f₁ соединен с выходом антенного переключателя, и блоком регистрации, ко второму входу которого подключен таймер, при этом приемопередающая антенна выполнена рупорной, а радиочастотные метки размещены на объектах охраны.

Структурная схема системы радиочастотной идентификации на поверхностных акустических волнах представлена на фиг.1. Структурная схема приемопередатчика 1 изображена на фиг.2. Один из вариантов конструктивного выполнения приемопередатчика 1 показан на фиг.3.

Система содержит приемопередатчик 1 с рупорной приемопередающей антенной 2, линии задержки 3 на поверхностных акустических волнах (ПАВ), в которых антенны 4 соединены с приемопередающими встречно-штыревыми преобразователями (ВШП) 5 и в которых отражательные ВШП 6 расположены на различных расстояниях. Каждые m ЛЗ 3 с различными расстояниями между ВШП объединены в n групп, которые, в свою очередь, объединены в I группы. Радиочастотные метки размещены на I пунктах охраны, каждый из которых содержит n объектов охраны.

Приемопередатчик 1 содержит последовательно включенные управляющее устройство 7, синтезатор 8 частот, генератор 9 импульсов, второй вход которого соединен со вторым выходом управляющего устройства 7, антенный переключатель 10, второй вход которого соединен с третьим выходом управляющего устройства 7, вход - выход связан с приемопередающей рупорной антенной 2, приемник 11 - с детектором, решающее устройство 12, устройство 13 счета импульсов и аварийное устройство 14 сигнализации, последовательно подключенные к выходу синхронизатора 8 частоты узкополосный фильтр 15 с частотой настройки f_н=f₁, линию задержки 16 со временем задержки τ_з=2mτ, фазовый детектор 18, второй вход которого через полосовой фильтр 17 с частотой настройки f_н=f₁ соединен с выходом антенного переключателя 10, и блок 19 регистрации, ко второму входу которого подключен таймер 20.

Система радиочастотной идентификации на поверхностных акустических волнах работает следующим образом.

Охраняемая территория имеет I пунктов охраны, каждый из которых содержит n объектов охраны, которые снабжены радиочастотными метками. Начальник службы безопасности прорабатывает оптимальные маршруты движения охранников, время и количество их прохождения, которые юридически закрепляются в соответствующей инструкции. А старшему охраннику патруля выдается приемопередатчик 1 с рупорной антенной 2, выполненный в виде контрольно-учетного прибора (фиг.3). На каждом пункте охраны ПО j (j=1, …, I) охранник нажатием кнопки 21 «Вкл» включает приемопередатчик 1, который посылает через антенну 2 на все n групп опрашивающий радиоимпульс с частотой заполнения, равной f₁, и длительностью τ

u₁(t)=U₁·Cos(2πf₁+φ₁), 0≤t≤τ.

Указанный радиоимпульс формируется управляющим устройством 7 с помощью синтезатора 8 частот и генератора 9 импульсов и подсоединяет с помощью антенного переключателя 10 антенну 2 к генератору 9. Антенна 2 излучает радиоимпульс u₁(t) для первой группы линий задержки 3. Эти импульсы отражаются только от той группы линий задержки 3, чьи центральные частоты совпадают с частотой заполнения f₁ опрашивающего импульса. Так как задержки во всех линиях задержки разные и расстояние между отражателями отличаются на величину d=τ×U_пав, то от данной группы линий задержки отраженные импульсы будут представлять собой последовательность m неперекрывающихся импульсов, причем номер импульса в последовательности будет соответствовать номеру линии задержки в группе, если принять за первую линию задержки с минимальной задержкой. После передачи этого импульса через время 2mτ антенный переключатель 10 подключает антенну 2 к приемнику 11 с детектором по команде управляющего устройства на время 2mτ. Происходит прием отраженной последовательности и детектирование импульсов в приемнике с детектором 11. Далее продетектированные импульсы поступают на решающее устройство 12, которое формирует прямоугольные видеоимпульсы, а затем на устройство 13 счета импульсов, которое определяет номер импульса, который может отсутствовать, что свидетельствует о краже объекта с данным номером, и подает сигнал тревоги на аварийное устройство 14 сигнализации. В качестве последнего могут использоваться световой и звуковой маячки (не показаны).

Одновременно опрашивающий радиоимпульс u₁(t) с выхода синтезатора 8 частот выделяется узкополосным фильтром 15 с частотой настройки f_н=f₁ и через линию задержки 16, время задержки τ_з которой выбирается равной τ_з=2mτ, подается на первый (опорный) вход фазового детектора 18.

Отраженный радиоимпульс, представляющий собой сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМН)

u₂(t)=U₂·Cos[2πf₁+φ_к1(t)+φ₁], 0≤t≤τ,

где φ_к1(t)={0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с внутренней структурой (топологией) встречно-штыревого преобразователя;

выделяется полосовым фильтром 17 с частотой настройки f_н=f₁ и поступает на второй (информационный) вход фазового детектора 18. В результате синхронного детектирования на выходе фазового детектора 18 выделяется низкочастотное напряжение

u_н(t)=U_н·Cosφ_к1(t), 0≤t≤τ,

где U_н=¹/₂U₁·U₂,

пропорциональное внутренней структуре встречно-штыревого преобразователя. Низкочастотное напряжение u_н(t) является идентификационным номером пункта охраны и фиксируется вместе с текущим временем от таймера 20 в блоке 19 регистрации.

После посылки радиоимпульса для первой группы ЛЗ приемопередатчик 1 через время 4mτ посылает считывающий импульс с частотой заполнения f₂, соответствующей второй группе ЛЗ. Этого времени вполне достаточно, чтобы принять отраженную последовательность импульсов от предыдущего импульса, так как ее длительность равна 2mτ. Далее через время 6mτ посылается считывающий импульс для третьей группы и т.д. до тех пор, пока все группы не будут опрошены. По отсутствию какого-либо импульса в последовательности отраженных от группы ЛЗ импульсов можно определить номер ЛЗ в группе, а по номеру группы конкретную отсутствующую ЛЗ, т.е. осуществить наличие объекта или его отсутствие (осуществить идентификацию), к которому прикреплена данная ЛЗ.

При посещении очередного пункта охраны охранный патруль проделывает те же операции, что и на предыдущем пункте охраны.

Следовательно, в блоке 19 регистрации будут зафиксированы факт и время посещения охранным патрулем всех пунктов охраны, которые расположены по маршруту движения охранного патруля. Пройдя по всем ключевым точкам маршрута и зафиксировав свои действия у каждой радиочастотной метки, охрана создает базу для будущего отсчета о своей работе. После прохождения всех пунктов охраны контрольно-учетный прибор (приемопередатчик 1) возвращается начальнику службы безопасности либо дожидается в комнате охраны следующего обхода. По завершению дежурства в памяти прибора (в блоке 19 регистрации) уже готов полный отчет о прохождении маршрута каждым охранным патрулем. Здесь и данные о последовательности прохождения пунктов охраны, и точное время их прохождения с учетом опозданий.

Подключение прибора 1 к компьютеру 23 происходит посредством интерфейсного шнура 22 (фиг.3).

Таким образом, предлагаемая система по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение эффективности охраны объектов, использующих радиочастотные метки. Это достигается применением надежной системы контроля над действием охранных патрулей. Указанная система является мобильной, энергонезависимой и защищенной от внешних воздействий. Она позволяет объективно оценить выполнение сотрудниками службы охраны своих функциональных обязанностей и соответствующих инструкций.

Очень важно отметить, что кроме роли надсмотрщика такая система выполняет еще и другую роль, а именно стопроцентного алиби в случае происшествия. Так как прибор с точностью до минуты фиксирует проход каждого пункта охраны, то в случае спорной ситуации достоверно известно, что в положенное время охранник в точке происшествия был, а в момент, например, кражи, находился на другом конце охраняемой территории.

Настоящий руководитель и хозяин, ценящие свои время и деньги, заботящиеся о сохранности своей собственности, вряд ли станут держать в штате охранника, основным занятием которого является крепкий сон. А система контроля над действиями охраны однозначно поможет отделить «зерна от плевел».

Система радиочастотной идентификации на поверхностных акустических волнах, содержащая приемопередатчик с антенной и n групп линий задержки на поверхностных акустических волнах, представляющих радиочастотные метки, каждая линия задержки имеет приемопередающие встречно-штыревые преобразователи, соединенные с антенной, и отражательные встречно-штыревые преобразователи, при этом n групп линий задержки выполнены с возможностью отражения от них разных центральных частот f_c, внутри каждой из n групп линий задержек имеется m линий задержек на одну и ту же центральную частоту, каждая линия задержки имеет один отражающий встречно-штыревой преобразователь, расположенный в разных линиях задержки на разных расстояниях, отличающихся друг от друга на одну и ту же величину d=τ×U_пав, U_пав - скорость поверхностных акустических волн, расстояние между центральными частотами линий задержек, находящихся в разных группах, выбирается равным Δf/m, а полоса пропускания каждой линии задержки равна Δf/1,5n, приемопередатчик производит периодический опрос меток радиоимпульсами длительностью τ и частотой заполнения f_с последовательно, начиная с частоты f₁ и кончая частотой f_n, минимальное расстояние между опрашивающими импульсами, период опроса, равно 2mτ, а минимальная величина τ определяется из соотношения
τ=1,5n/Δf,
где Δf - полоса частот, выделенная для системы,
причем приемопередатчик содержит последовательно включенные управляющее устройство, синтезатор частот, генератор импульсов, второй вход которого соединен со вторым выходом управляющего устройства, антенный переключатель, второй вход которого соединен с третьим выходом управляющего устройства, вход - выход связан с приемопередающей антенной, приемник с детектором, устройство формирования прямоугольных импульсов, устройство счета импульсов и аварийное устройство сигнализации, отличающаяся тем, что приемопередатчик снабжен последовательно подключенными к выходу синтезатора частот узкополосным фильтром с частотой настройки f_н=f₁, линией задержки со временем задержки τ_з=2mτ, фазовым детектором, второй вход которого через полосовой фильтр с частотой настройки f_н=f₁ соединен с выходом антенного переключателя, и блоком регистрации, ко второму входу которого подключен таймер, при этом приемопередающая антенна выполнена рупорной, а радиочастотные метки размещены на объектах охраны.