Способ многоабонентной радиочастотной идентификации

Способ многоабонентной радиочастотной идентификации относится к области радиотехники и может быть использован при организации идентификации одновременно нескольких объектов.

Новым в способе многоабонентной радиочастотной идентификации является включение в состав транспондеров, устанавливаемых на объектах идентификации, управляемых фазовращателей.

Антенной устройства считывания трансформированные по частоте и модулированные по амплитуде высокочастотные колебания вторично принимают и смешивают с исходными высокочастотными колебаниями, в результате чего на выходе смесителя получают одновременно несколько сигналов от транспондеров, при этом выделяют эти комбинационные низкочастотные составляющие разности исходных и трансформированных по частоте высокочастотных колебаний. Выделенные в каждом канале устройства считывания низкие частоты равны частотам сдвига, вносимым каждым из транспондеров, находящимся в зоне действия системы радиочастотной идентификации. Каждый из этих низкочастотных сигналов демодулируют и получают одновременно на выходе амплитудных детекторов несколько уникальных кодовых последовательностей, осуществляя тем самым идентификацию нескольких объектов одновременно.

 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при радиочастотной идентификации объектов.

Известны способы радиочастотной идентификации, основанные на излучении радиочастотного сигнала, его приема антенной идентификационного устройства и переизлучения этим устройством радиочастотного сигнала на кратной гармонике, как это описано, например, в работе В. G. Colpitts, G. Boiteau "Harmonie radar transceiver design: miniature tags for insect tracking" IEEE Trans, on Antennas and Propagation, vol. AP-52, Issue 11, Nov. 2004 pp. 2825-2832. Однако в этом случае распознается только лишь сам факт присутствия отраженного сигнала на удвоенной частоте, и ни о какой идентификации самих объектов речь не идет.

Наиболее близким к предполагаемому изобретению относится Способ радиочастотной идентификации автомобилей, основанный на модуляции уникальным кодом переизлучаемого идентификационным устройством, называемым транспондером, радиочастотного сигнала на удвоенной частоте, описанный в статье С. A. Sharpe "Wireless Automatic Vehicle Identification" Applied Microwave & Wireless FALL, pp. 39 - 58,1995.

По этому способу радиочастотной идентификации объектов первоначально генерируют непрерывные высокочастотные колебания с частотой f. Эти колебания через передающую антенну устройства считывания первично излучают в направлении антенны транспондера, устанавливаемого на объекте, подлежащего идентификации, где эти непрерывные высокочастотные колебания первично принимают, их частоту с помощью полупроводникового диода удваивают и модулируют по амплитуде сигналом, представляющим собой уникальную кодовую последовательность. При этом сигнал с частотой несущей 2f, промоделированный по амплитуде уникальной кодовой последовательностью через антенну транспондера переизлучают в направлении приемной антенны устройства считывания. Сигнал транспондера вторично принимают и демодулируют, выделяя тем самым уникальную кодовую последовательность, по которой осуществляют идентификацию объекта.

Однако приведенный способ обладает рядом существенных недостатков, ограничивающих область его применения. К этим недостаткам можно отнести следующие факторы.

Чистота спектра передатчика считывающего устройства должна быть высокой; особенно это относится к уровню второй гармоники излучаемого сигнала. Принимая во внимание, что приемник устройства считывания работает одновременно с передатчиком и осуществляет прием сигналов транспондера на удвоенной частоте передатчика, вторая гармоника сигнала передатчика воздействует на приемник непосредственно. Использование одной приемопередающей антенны в устройстве считывания в этом случае невозможно, потому что никакой фильтр гармоник не может подавить вторую гармонику передатчика до необходимого уровня. Только использование двух узкополосных антенн может решить проблему с целым рядом ограничений.

Поскольку мощность второй гармоники сигнала, переизлученного транспондером, не высока, расстояние функционирования системы коротко.

Полупроводники естественного происхождения (различные окиси и т.д), которые существуют в естественной окружающей среде и на объектах, ухудшают электромагнитную совместимость системы. Например, на корпусе автомобиля присутствует много полупроводников естественного происхождения. Это могут быть места сварки металла, различные окиси и т.д. Эффективная площадь рассеивания корпуса автомобиля намного больше, чем антенна приемоответчика. Соответственно уровень второй гармоники сигнала, который отражается от корпуса автомобиля непосредственно, может быть сопоставимым с сигналом транспондера. Это ухудшает работу гармонической системы радиочастотной идентификации.

Считывающее устройство может обслуживать единственный транспондер, находящийся в зоне действия системы на определенном временном интервале. Обслуживается тот транспондер, сигнал от которого имеет больший уровень. Этот сигнал большого уровня подавляет другие сигналы от других транспондеров. Устройство считывания теряет эти транспондеры. Если сигналы от нескольких транспондеров сопоставимы, что может иметь место, принимая во внимание расстояние функционирования системы, устройство считывания может потерять все транспондеры.

В основу изобретения поставлена задача радиочастотной идентификации одновременно нескольких объектов, находящихся в зоне действия устройства считывания. Она решается благодаря тому, что первоначально генерируют непрерывные высокочастотные колебания с частотой f, причем эти колебания через циркулятор подают на антенну устройства считывания и первично излучают в направлении нескольких транспондеров, устанавливаемых на объектах идентификации, находящихся в зоне действия системы радиочастотной идентификации, при этом антеннами каждого из транспондеров непрерывные высокочастотные колебания с частотой f первично принимают, модулируют по амплитуде уникальной кодовой последовательностью, в каждом транспондере своей, и подают на управляемые фазовращатели отражательного типа для каждого транспондера в отдельности, фазовый сдвиг которых регулируют генераторами низкой частоты с частотами F₁, F₂, F₃ и т.д. для каждого транспондера в отдельности, при этом в первично принятые высокочастотные колебания в каждом транспондере вводят монотонно нарастающий или убывающий фазовый сдвиг, при этом трансформированные по частоте модулированные высокочастотные колебания антеннами транспондеров вторично излучают в направлении антенны устройства считывания, причем первым транспондером вторично излучают колебания с частотой несущей , вторым транспондером вторично излучают колебания с частотой несущей , третьим транспондером вторично излучают колебания с частой несущей и т.д., причем знак плюс соответствует монотонно нарастающему фазовому сдвигу, знак минус соответствует монотонно убывающему фазовому сдвигу, при этом вторично излученные транспондерами колебания антенной считывающего устройства вторично принимают и через циркулятор подают на смеситель, при этом в смесителе принятые колебания смешивают с исходными непрерывными высокочастотными колебаниями и выделяют комбинационные низкочастотные составляющие разности исходных и трансформированных по частоте высокочастотных колебаний, при этом по отдельности выделяют комбинационные низкочастотные составляющие с частотами несущих , , и т.д., при этом знак плюс или минус при значении частоты выделяемого сигнала не имеет значения, при этом выделенные низкочастотные колебания демодулируют одновременно и выделяют уникальные кодовые последовательности от различных транспондеров одновременно и производят тем самым идентификации нескольких объектов одновременно.

Сравнение предполагаемого изобретения с уже известными способами и прототипом показывает, что заявляемый способ проявляет новые технические свойства, заключающиеся в возможности обслуживания одновременно нескольких транспондеров, при этом расстояние функционирования системы по заявляемому способу радиочастотной идентификации существенно превышает расстояние функционирования прототипа, к уровню второй гармоники передатчика устройства считывания не предъявляется никаких особых требований, полупроводники естественного происхождения не ухудшают работу системы и, наконец, для работы устройства считывания требуется единственная антенна.

Эти свойства предполагаемого изобретения являются новыми, так как в способе-прототипе в силу присущих ему недостатков, заключающихся в излучении транспондерами сигналов на удвоенных частотах, причем каждый из транспондеров излучает сигнал на одной и той же частоте несущей, расстояние функционирования системы прототипа существенно меньше, система прототипа может обслуживать только один транспондер в рассматриваемый момент времени, сигнал от которого имеет больший уровень, система прототипа чувствительна к паразитным сигналам на удвоенной частоте передатчика устройства считывания, сигналам как от самого этого передатчика, так и от других источников излучения, связанных с присутствием полупроводников естественного и искусственного происхождения.

В предлагаемом способе многоабонентной радиочастотной идентификации в первично принятые антенной каждого транспондера непрерывные высокочастотные колебания с частотой f высокочастотного генератора, излученные через антенну устройства считывания, вводят монотонно нарастающий или убывающий фазовый сдвиг, в каждом транспондере со своей скоростью, вводя тем самым в исходные непрерывные высокочастотные колебания так называемый доплеровский сдвиг частоты искусственного происхождения, разный для каждого транспондера , , и т.д. Эти трансформированные по частоте высокочастотные колебания затем модулируют по амплитуде уникальной кодовой последовательностью, в каждом транспондере своей и переизлучают в направлении антенны устройства считывания. Антенной устройства считывания, трансформированные по частоте и промодулированные уникальной кодовой последовательностью, непрерывные высокочастотные колебания вторично принимают, смешивают с исходными высокочастотными колебаниями и выделяют комбинационные низкочастотные составляющие с частотами Доплера, , , и т.д. После этого выделенные низкочастотные составляющие с частотами F₁, F₂, F₃ и т.д. демодулируют и выделяют уникальные кодовые последовательности, производя тем самым одновременную идентификацию нескольких объектов, на которых установлены транспондеры.

Указанный способ многоабонентной радиочастотной идентификации можно реализовать с помощью устройства приведенного на рисунке.

Устройство многоабонентной радиочастотной идентификации содержит генератор высокочастотных колебаний 1, Y-циркулятор 2, антенну считывающего устройства 3, смеситель 4, узкополосные фильтры 5, 6, 7 и т.д., амплитудные детекторы 8, 9, 10 и т.д., антенны транспондеров 11, 12, 13 и т.д., управляемые фазовращатели отражательного типа 14, 15, 16 и т.д., генераторы низкой частоты 17, 18, 19 и т.д., амплитудные модуляторы 20, 21, 22 и т.д., генераторы уникальных кодовых последовательностей 23, 24, 25 и т.д.

Выход генератора высокочастотных колебаний 1 соединен с первым выводом Y-циркулятора 2, второй вывод которого соединен с антенной считывающего устройства 3, а третий вывод Y-циркулятора 2 соединен с входом смесителя 4, выход которого соединен с входами узкополосных фильтров 5, 6, 7 и т.д., выходы которых соединены с входами амплитудных детекторов 8, 9, 10 и т.д., при этом антенна транспондера 11 соединена с первым сигнальным выводом амплитудного модулятора 21, второй сигнальный вывод которого соединен с сигнальным выводом управляемого фазовращателя отражательного типа 14, вход управления которого соединен с выходом генератора низкой частоты 17, при этом модуляционный вход амплитудного модулятора 20 соединен с выходом генератора уникальной кодовой последовательности 23, при этом антенна транспондера 12 соединена с первым сигнальным выводом амплитудного модулятора 21, второй сигнальный вывод которого соединен с сигнальным выводом управляемого фазовращателя отражательного типа 15, вход управления которого соединен с выходом генератора низкой частоты 18, при этом модуляционный вход амплитудного модулятора 21 соединен с выходом генератора уникальной кодовой последовательности 24, при этом антенна транспондера 13 соединена с первым сигнальным выводом амплитудного модулятора 22, второй сигнальный вывод которого соединен с сигнальным выводом управляемого фазовращателя отражательного типа 16, вход управления которого соединен с выходом генератора низкой частоты 19, при этом модуляционный вход амплитудного модулятора 22 соединен с выходом генератора уникальной кодовой последовательности 25 и т.д.

Работает устройство, реализующее способ многоабонентной радиочастотной идентификации следующим образом. Высокочастотные колебания с начальной амплитудой U₀, частотой f и начальной фазой φ

с выхода генератора высокочастотных колебаний 1 через циркулятор 2 поступают в антенну считывающего устройства 3. При этом в направлении антенн транспондеров 11, 12, 13 и т.д., которые располагают на объектах подлежащих идентификации, излучают электромагнитную волну.

Антеннами транспондеров 11, 12, 13 и т.д. высокочастотные электромагнитные волны улавливают и далее высокочастотные колебания с частотой f подают на первые сигнальные выводы амплитудных модуляторов 20, 21, 22 и т.д., со вторых сигнальных выводов которых модулированные по амплитуде на 50% высокочастотные колебания подают на сигнальные входы управляемых фазовращателей отражательного типа 14, 15, 16 и т.д. Управляемые фазовращатели 14, 15, 16 и т.д., реализуют монотонное изменение фазы высокочастотных колебаний. При этом, если за периоды T₁, Т₂, Т₃ и т.д. низкочастотных управляющих сигналов, поступающих с выходов генераторов низкой частоты 17, 18, 19 и т.д., реализуется в управляемых фазовращателях 14, 15, 16 и т.д., сдвиг фаз высокочастотных колебаний от 0 до 2π, то можно говорить о смещении спектра высокочастотных колебаний на так называемые частоты Доплера

и т.д.

Трансформированные по частоте высокочастотные колебания, снова поступают на вторые сигнальные выводы амплитудных модуляторов 20, 21, 22 и т.д., где эти высокочастотные колебания дополнительно модулируются по амплитуде до 100 % и через первые сигнальные выводы амплитудных модуляторов 20, 21, 22 и т.д. эти модулированные высокочастотные колебания поступают на антенны транспондеров 11, 12, 13 и т.д. и излучаются в направлении антенны считывающего устройства 3.

Поступающие на антенну считывающего устройства 3 колебания имеют вид

,

,

, и т.д.,

где K_i(t) - уникальная кодовая последовательность; , , и т.д. - начальные фазы высокочастотных колебаний с учетом распространения радиоволн; , - амплитуды высокочастотных колебаний с учетом затухания на трассе распространения радиоволн, усиления антенн и коэффициентов передачи всех звеньев устройства. Для простоты представления формул коэффициенты передачи всех звеньев выбраны одинаковыми.

Антенной считывающего устройства 3 эти трансформированные и модулированные высокочастотные колебания принимают. При этом принятые трансформированные и модулированные высокочастотные колебания через третий вывод Y-циркулятора 2 поступают в смеситель 4, где получают комбинационные низкочастотные составляющие разности исходных непрерывных высокочастотных колебаний с частотой f и трансформированных по частоте непрерывных высокочастотных колебаний с частотами , , и т.д. При этом эти комбинационные низкочастотные составляющие разности с частотами F₁, F₂, F₃ и т.д. выделяют узкополосными фильтрами 5, 6, 7 и т.д. и подают на амплитудные детекторы 8, 9, 10 и т.д. Таким образом, на выходах амплитудных детекторов 8, 9,10 и т.д. будем иметь уникальные кодовые последовательности K_i(t) идентифицирующие каждый из объектов системы радиочастотной идентификации.

Народнохозяйственный эффект от использования предполагаемого изобретения связан с появлением возможности обслуживать несколько транспондеров одновременно. Системы обладает повышенной энергетикой и соответственно имеет большее расстояние функционирования. Система абсолютно нечувствительна к уровню паразитных гармоник, как передатчика, так и других источников.

Другой аспект повышения эффективности от использования предполагаемого изобретения связан с эффективностью использования спектра системой радиочастотной идентификации. Количество уникальных кодовых последовательностей велико, оно определяется длиной кодовой последовательности K_i(t) и может достигать миллионов. Вместе с тем количество частот доплеровского сдвига выбирается в разумных пределах, оно может составлять несколько десятков или сотен. Большего числа объектов в зоне действия системы идентификации реально быть не может.

Способ многоабонентной радиочастотной идентификации, включающий излучение и прием непрерывных высокочастотных колебаний, отличающийся тем, что первоначально генерируют непрерывные высокочастотные колебания с частотой f, причем эти колебания через циркулятор подают на антенну устройства считывания и первично излучают в направлении нескольких транспондеров, устанавливаемых на объектах идентификации, находящихся в зоне действия системы радиочастотной идентификации, при этом антеннами каждого из транспондеров непрерывные высокочастотные колебания с частотой f первично принимают, модулируют по амплитуде уникальной кодовой последовательностью, в каждом транспондере своей и подают на управляемые фазовращатели отражательного типа, для каждого транспондера в отдельности, фазовый сдвиг которых регулируют генераторами низкой частоты с частотами F₁, F₂, F₃ и т.д. для каждого транспондера в отдельности, при этом в первично принятые высокочастотные колебания в каждом транспондере вводят монотонно нарастающий или убывающий фазовый сдвиг, при этом трансформированные по частоте модулированные высокочастотные колебания антеннами транспондеров вторично излучают в направлении антенны устройства считывания, причем первым транспондером вторично излучают колебания с частотой несущей , вторым транспондером вторично излучают колебания с частотой несущей , третьим транспондером вторично излучают колебания с частой несущей и т.д., причем знак плюс соответствует монотонно нарастающему фазовому сдвигу, знак минус соответствует монотонно убывающему фазовому сдвигу, при этом вторично излученные транспондерами колебания антенной считывающего устройства вторично принимают и через циркулятор подают на смеситель, при этом в смесителе принятые колебания смешивают с исходными непрерывными высокочастотными колебаниями и выделяют комбинационные низкочастотные составляющие разности исходных и трансформированных по частоте высокочастотных колебаний, при этом по отдельности выделяют комбинационные низкочастотные составляющие с частотами несущих , , и т.д., при этом знак плюс или минус при значении частоты выделяемого сигнала не имеет значения, при этом выделенные низкочастотные колебания демодулируют одновременно и выделяют уникальные кодовые последовательности от различных транспондеров одновременно и производят тем самым идентификации нескольких объектов одновременно.