Brevet FR2038186A1 — publié le 19710108

i 2038186 Cette invention concerne les systèmes de surveillance électroniques, et par exemple ceux utilisés pour le contrôle de la marchandise dans les magasins et entrepots, par l'extraction d'une information en provenance de répondeurs passifs préparés» 5 par interrogation électromagnétique. Le principe fondamental de fonctionnement de tout système interrogateur de répondeur passif est le suivant : de l'énergie sous une forme quelconque est transmise au répondeur par une unité émetteur-antenne d'émission. Cette énergie est ensuite traitée d'une 10 manière quelconque par le répondeur, et l'énergie résultante est retransmise par le répondeur sous forme de signal de réponse. Cette énergie de réponse est alors détectée, traitée de façon appropriée et l'information en est extraite par une unité sensible récepteur-antenne de réception. Le principe de tous 15 les systèmes d'interrogation réside dans le fait que l'énergie de réponse très faible en provenance du répondeur doit être distinguée de l'énergie beaucoup plus importante de l'émetteur ou énergie d*interrogation, et que la conception du système doit être prévue de façon telle que l'on puisse distinguer les réponses 20 indésirables des signaux de réponse voulue. Ces réponses indésirables sont de deux principales sortes : a) Les réponses indésirables des répondeurs située en dehors de la zone de surveillance et qui sont interrogés accidentellement par le système. 25 b) Les réponses parasites en provenance d'objets dont la présence est normale et qui sont situés à l'intérieur de la zone de surveillance qui produisent des signaux susceptibles d'être confondus avec la réponse voulue du répondeur. Chacun de ces deux problesiss peut être traité au moyen des 30 techniques dont il est question de feçon générale ci-après, et qui sont décrites de façon particulière plus lois dans ce docuïË@Bfe. La forme générale du système de sKsrveillsace à laquelle se rapporte l'invention est représentée pas la Figure 1„ Les principaux composants sont un groupe (éventuslleraeat, use seel®? d'unités 35 émettrices 1, un répondeur codé 2 situé à X ' intérieur de la zone surveillée 3, et un groupe (éventuellement uï© seuls) d'unités réceptrices 4, qui détectent et traitent les signaux de sortie du répondeur* Les unités réceptrices 4 contiennent également tous les systèmes de traitement de signaux qui sont nécessaires pour 40 effectuer la distinction entre les véritables signaux de réponse 70 11981 2 2038186 et les signaux indésirables. Certaines interconnexions directes (représentées en trait plein sur la Figure 1) entre les unités lir cette fonction. 5 L'élimination de la première catégorie de réponses indésirables mentionnée plus haut comporte la restriction de la zone balayée par le système émetteur-récepteur h la région voulue. Il existe quatre principes fondamentaux sur lesquels cette restriction peut reposer, qui peuvent être utilisés en combinaison les uns avec 10 les autres. 1. Utilisation d'un rayonnement haute fréquence pour certains signaux porteurs d'information ( dont il peut y avoir un seul ou plusieurs) de façon à rendre possible l'utilisation d'antennes d'émission et de réception directionnelles de proportions raisonnables 15 2. Utilisation d'un déclenchement périodique du récepteur réglé de façon telle que la largeur et la position de temps du déclencheur du récepteur détermine, conjointement avec, la vitesse de propagation des signaux utilisés, un volume spatial déterminé duquel les réponses sëront acceptées par le récepteur. 2© 3. Sélection d'une au moins des fréquences de signaux suffisamment basse pour que la zone surveillée s'étende dans le champ rapproché des antennes d'émission et de réception. La discriraiiaatica contre les réponses parasites éloignées est favorisée par l'atténuation rapide awc la distance que possèdent 25 les champs rapprochés comparés aux chaffips de propagation. 4„ Sélection d'une au moins des fréquences de signaux de soste qu® 18atténuation naturelle Sa milieu de propagation (l'air ett général) à la- fréquence considérée favorise la discrimination envers les réponses éloignées. Si les signaux sont propagés par 30 des moye&s éleetro^gnétiqoes,' une de ces fréquences appropriées ejîists à la bande d5 absorptiiui de résonance moléculaire de 1*oxygène aux environs de 60 GHz. Gne différence importante entre les deux dernières méthodes et entre celles qui ont recours à l'atténuation naturelle avec la 35 distance des champs de propagation repose dans la forme mathématique de la perte par atténuation qui est rencontrée. Dans le cas de la propagation,les champs subissent une atténuation de ï/r avec la distance, dans le cas du champ rapproché, on peut atteindre une loi de puissance de i/r ou plus selon la con^lexité 4o du système d'antenne, et lorsque l'on a recours à l'atténuation dans 70 11981 3 ; 2038186 le milieu de propagation, les champs décroissent exponentiellement avec la distance. Ce dernier effet sera toujours prédominant aux distances suffisamment grandes. Dans les situations extrêmes dans lesquelles un degré de 5 discrimination important est requis* le§ inconvénients d'un système conjuguee peuvent être surmontés par 1'utilisation/de plusieurs de ces principes étant donné que leurs caractéristiques sont complémentaires dans un certain sens. Par exemple, un réseau d1 antennes micro-onde hautement directif peut être perturbé par des réflexions en 10 provenance d1objets ou de personnes se déplaçant dans la zone surveillée, mais un signal de basse fréquence pour lequel la zone surveillée se trouve dans la région du champ rapproché n'est pas perturbé de la sorte. Pour une discrimination contre les réponses parasites produites 15 par les objets situés normalement à l'intérieur de la zone de surveillance, l'approche générale consiste à utiliser une combinaison de moyens de propagation vers le répondeur, de procédés physiques à l'intérieur du répondeur et de techniques d'analyse ultérieure du signal qu'il est peu probable de voir reproduite 20 die façon naturelle. Un exposé général des divers moyens et combinaisons est donné ci-après. Les signaux détecteurs peuvent être transportés entre l'émetteur et le répondeur et, de là, revenir au récepteur par une combinaison quelconque des moyens suivants. 25 a) Hayonnement électromagnétique à des longueurs d'onde comparables ou inférieures aux dimensions de la zone surveillée, ce qui produit par conséquent des champs électriques et magnétiques de radio-fréquence dans cette zone. b) Rayonnement électromagnétique de longueurs d'onde bien 30 supérieures conçues pour produire des champs magnétique avec un champ électrique négligeable dans la zone de surveillance. c) Rayonnement électromagnétique à grandes longueurs d'onde prévues pour la production de champs électriques avec des champs ■agnétiques négligeables dans la zone de surveillance. 35 Une fois reçus par le répondeur, les si9riaux détecteurs peuvent être traités de diverses manières en utilisant les processus physiques suivants. a) Emission d'énergie de fréquence sélective dans ces diverses formes par l'utilisation de systèmes'résonnants'. 40 : b) Production de fréquences harmonique et sous-harmoniques. ,70 1 1981 4 2038186 c) Production de nouvelles fréquences au moyen de techniques de mélange. d) Création d'une fréquence inhabituelle et éventuellement non harmonique dans la réponse produite par le répondeur. 5 Les signaux qui atteignent le récepteur peuvent être analysés de différentes manières. Deux techniques importantes sous ce rapport sont les suivantes : a) Détection synchrone asservie, à la fois en phase porteuse et en phase d'enveloppe de modulation aux différentes sortes de 10 signaux transmises. b) Utilisation d',un anti-fading (CAG) dérivé des signaux dans certains des canaux du récepteur pour commander le gain des autres, de manière à compenser les variations dans les pertes de transmission entre les répondeurs et les antennes d'émission et de 15 réception. Ces deux techniques sont utilisées dans le mode de réalisation particulier de la présente invention qui est décrit-plus loin. Cette invention concerne un système de surveillance électronique comportant un moyen émetteur de signaux électromagnétiques, un 20 répondeur passif destiné à être fixé à un objet à placer sous surveillance, le répondeur comportant un moyen de réception d'un signal en provenance dudit moyen émetteur et pour émettre un signal de réponse, et un récepteur pour recevoir et traiter ledit signal de réponse, le système étant caractérisé par le fait que le moyen 25 émetteur est construit et conçu de manière à émettre simultanément des signaux sur des fréquences largement espacées, par le fait que le répondeur comporte un moyen de réception des signaux auxdites fréquences, un moyen mélangeur des fréquences et un moyen émetteur d'un signal de réponse produit par le .mélange de ces fréquences, 30 qui est distinct du signal original émis, èt par le fait que le récepteur possède un système de traitement des signaux réagissant aussi bien.au signal original émis qu'au signal de réponse et un moyen analyseur des caractéristiques.du signal de,réponse par comparaison aux caractéristiques du signal émis pour produire des 3S réponses différentes selon la présence ou l'absence d'un répondeur. L'invention concerne en outre un répondeur destiné à servir dans un système tel qu'il est défini ci-dessus. Pour qiie l'invention puisse être mieux comprise et'mise en pratique, des formes préférées de.celle-ci sont décrites ci-après 40 à l'aide*d'exemples avec référence aux .dessins annexés,, dans lesquels: COPY 70 11981 5 2038186 La Figure 1 est un schéma synoptique montrant les principaux éléments constituant un système de surveillance électronique du type que concerne la présente invention ; La Figure 2 est un schéma synoptique montrant un premier 5 système selon l'invention ; La Figure 3 montre les caractéristiques structurelles d'un répondeur destiné au système ; La Figure 4 est un schéma synoptique montrant un second système ; 10 La Figure 5 est un schéma synoptique montrant un troisième système ; et La Figure 6 représente les caractéristiques structurelles d'un répondeur destiné au troisième système . La Figure 2 représente la forme générale d'un premier système 15 de surveillance selon la présente invention ayant un degré élevé de réjection des réponses indésirables en provenance de répondeurs préparés situés en dehors de la zone'de surveillance, et en provenance de signaux parasites produits à l'intérieur de la zone de surveillance par des moyens autres que les répondeurs- Les princi-20 paux composants sont : 1. Un système émetteur et antenne principale fonctionnant à la fréquence porteuse de 915 MHz, avec une puissance de sortie de pointe de 10 watts, une durée d'impulsion de 10 ja/sec et une fréquence de répétition d1 impuisiosne de 5000 impulsions par seconde. 25 2. Un système émetteur et antenne à bobine magnétique auxiliaire fonctionnant sur une fréquence porteuse de 100 KHz, avec une durée d'impulsion de 1 m/sec, et une fréquence de répétition d'impulsions de 93 par seconde. 3. Un répondeur préparé contenant les éléments suivants : 30 (A) Une antenne micro-onde à li-gne de Barsâe susceptible de fonctionner aux fréquences de 915 et de 1830 MHz. (B) Une diode micro-onde à semi-conducteur capable d'effectuer un doublage et un mélange de fréquence. (C) Une antenne à boacle magnétique fonctionnant sur 100 KHz 35 et qui reçoit l'énergie de l'émetteur auxiliaire et transmet celle- ci à la diode. Ces éléments et les détails de leurs interconnexions sont représentés par la Figure 3. Les deux sections de l'antenne A sont séparées par une mince pellicule diélectrique'dans la région 40' de leur recouvrement. La capacité résultante procure u.n. isolement C0PY 70 11981 5 2038186 à la fréquence de ICO KHz et an shunt radio-fréquence à la fréquence de 915 MHz. 4» Un système récepteur accordé sur 1830 MHz avec une bande passante de 300/u, et un niveau élevé de réjection des deux 5 fréquences porteuses de 915 MHz et 100 KHz. 5. Un système anti-fading qui cosunande le gain du récepteur. Ce système accepte les signaux du récapteur et des deux émetteurs et agit seulement sur les signaux reçus pendant que l'émetteur principal est en marche et que l'émetteur auxiliaire est arrêté. 10 Le rôle du système anti-fading (CAG) est d'amener le signal de 1830 MHz reçu à un niveau normal, afin de compenser par des variations du gain du récepteur les variations dans les pertes de propagation entre l'émetteur, le répondeur et le récepteur. 6. Un système analyseur de signal» Cette Unité effectue le 15 traitement de la sortie du récapteur et a pour rôle de distinguer les réponses authentiques des réponses parasites. L'analyseur de signal traite seulement les signaux qui sont produits par le récepteur pendant que l'impulsion de l'émetteur auxiliaire a lieu. Pendant ces périodes, la sortie d'un répondeur contiendra le second 20 harmonique du signal normal de 1830 MHz, ainsi que les bandes -f. latérales de 1830 - 0,1 MHz de ce signal dans une proportion appréciable. L'analyseur de signal examine la sortie du récepteur et laisse passer comme authentiques les réponses qui contiennent les bandes, latérales en proportion suffisante. 25 Du fait que le système utilise un signal de 100 KHz dans la région du champ rapproché, il assure une bonne discrimination contre les réponses en provenance des répondsusrs codés situés en dehors de la zone de surveillance. Il est improbable que les objets se trouvant normalement dans la sosie de surveillance, tels que les 30 matériaux magnétiques non' linéaires, possèdent à un niveau suffisant toutes les caractéristiques nécessaires pour produire accidentellement une réponse acceptable. Lés caractéristiques essentielles sont les suivantes : a) Couplage aux champs électromagnétiques à 915 et 1830 MHz. 35 b) Couplage aux champs magnétiques à 100 KHz. c) Production d1harmonique et mélange de fréquence aux fréquences des micro-ondes. Le système peut être modifié sa construisant le récepteur de manière a détecter simplement latérales de lOO KHz 40 stir 2.3?, graeteass sraflêelii© cls 515 * Uti tel système éviterait les 70 11981 7 2038186 pertes supplémentaires associées au doublage de fréquence à 1830 MHz dans le répondeur. D'autre part, il présenterait les inconvénients de combiner moins de procédés peu susceptibles d'être reproduits naturellement dans le répondeur,de même le récepteur devrait être 5 conçu pour rejeter la porteuse non modulée de 915 MHz soit directe ou réfléchie ; un tel système est décrit de façon plus détaillée ci-après. Les problèmes latents associés aux variations des pertes de transmission aux fréquences des micro-ondes sont évités par l'emploi 10 d'un système anti-fading (CAG). Il n'existe pas de variations importantes dans les pertes de propagation à 100 KHz qui soient susceptibles d'être introduites par l'interférence d'un corps courant, de vêtements ou de matériaux d'emballage. La disposition générale de la seconde forme de l'invention est 15 représentée sous forme de schéma synoptique sur la Figure 4. Les principaux composants sont les suivants : 1. Un système émetteur et antenne micro-onde 15 fonctionnant à la fréquence de 915 MHz, avec un niveau de puissance de pointe de 10 watts, une durée d'impulsion de 10 u/sec et une fréquence 20 de répétition d'impulsions de 1 MHz. 2. Un système auxiliaire 16 émetteur et antenne à bobine magnétique fonctionnant à la fréquence de 100 KHz avec une puissance de 10 watts fournie aux pertes internes de la bobine. 3. Le répondeur codé 17 qui est le même que celui qui est 25 utilisé dans la première forme de l'invention et qui est représenté par la Figure 3. 4. Un système récepteur 18 qui est accordé pour recevoir la bande latérale 915,1 MHz produite par le mélange de fréquence entre les deux signaux émis, et qui utilise une sélectivité élevée 30 pour rejeter la porteuse de 915 MHz. Le récepteurfpeut employer avantageusement la technique de la détection synchrone pour l'obtention d'une sensibilité élevée et une largeur de bande de faible bruit. Les connexions directes représentées sur la Figure 4 entre les deux unités d'émission et le récepteur transportent 35 l'information de : phase qui rend cela possible. Le traitement du signal dans le récepteur consiste en partie à s'assurer de l'existence d'une énergie de bande latérale suffisante dans une largeur de bande convenablement étroite et centrée sur la somme des deux fréquences d'émission avant qu'une réponse 40 soit considérée comme authentique. Un traitement de signal . :_ ? 70 11981 8 2038186 complémentaire ayant pour rôle de discriminer les réponses en provenance de répondeurs situés en dehors de la zone de surveillance est effectué dans le récepteur par 11 incorporation d1 un déclencheur périodique, dont la période de déclenchement et 5 réglée en fonction du déclencheur de l'émetteur micro-onde, de manière à délimiter, conjointement avec la vitesse de propagation 8 des signaux électromagnétiques (3x10 m/sec ) un volume spatial déterminé d'où les réponses seront acceptées par le récepteur. ÎO La disposition générale de la troisième forme de l'invention est représentée sur la Figure 5 sous forme d'un schéma synoptique. Les principaux composants sont : 1. Un système émetteur et antenne micro-onde 19 fonctionnant sur une fréquence porteuse de 915 MHz, avec une puissance de sortie 15 de pointe de 10 watts, une durée d'impulsion de 250^i/sec et une fréquence de répétition d1impulsionsde 400 KHz. 2. Un système auxiliaire 20 émetteur et antenne à bobine magnétique fonctionnant sur une fréquence d'ondes entretenues de 100 KHz avec une puissance de ÎO watts, fournie aux pertes 20 internes dans la bobine. 3. Un répondeur préparé 21, représenté en plus de détails par la Figure 6, et compportant les éléments suivants : a) Une antenne dipole à boucle magnétique simple 24 qui reçoit les impulsions micro-onde de l'émetteur. 25 b) Une ligne à retard d'onde acoustique de surface 25 qui produit après un délai d'environ 500 yu/sec, un écho électroacoustique, de chaque impulsion de l'émetteur, qui est rayonné en retour par l'antenne micro-onde. c) Une diode de modulation 26 branchée en parallèle sur la 30 ligne à retard, et qui peut moduler en amplitude, à la fréquence de 100 KHz»le signal en retour de la ligne en retard. d) Une antenne à boucle magnétique multiple 27, conçue pour recevoir le signal de 100 KHz mais dont l'inductance est suffisamment importante pour produire une admittance négligeable aux 35 bornes de la ligne à retard aux fréquences des micro-ondes. 4. Un système 22 de récepteur à déclenchement périodique et de traitement du signal qui reçoit 11 écho mcSdulé du répondeur 21 ainsi que les signaux de référence directement des deux émetteurs. La synchronisation de la porte du récepteur est 40 réglée en fonction de l'enveloppe de l'impulsion émise afin que 70 11981 9 2038186 le récepteur ne réponde au signal électro-acoustique d'écho, et possède un niveau de discrimination élevé à 1!encontre du signal d'émission, dont une partie sera inévitablement présente dans l'antenne du récepteur. Un degré d'isolement élevé est nécessaire 5 à la porte du récepteur,, Les signaux essentiels reçus par le système récepteur 22 sont les suivants : (1) impulsions d'énergie sur 915 MHz retardée de 500^u/sec par la ligne à retard d'onde de surface. 10 (2) Les impulsions d'énergie à 915,1 MHz et 914,9 MHz, provenant de la modulation fournie par une diode 26, mais qui sont toutefois retardées des mêmes 5GOyu/sec que ies impulsions d'écho de la porteuse ci-dessus (1). Les fonctions essentielles dô traitement du signal accomplies 15 par le récepteur consistent à mesurer les proportions absolue et relative des signaux de retour dont il est question ci-dessus. Les réponse» pour lesquelles les amplitudes relatives de tous les signaux tombent simultanément en dedans de leur niveau d'admission préétabli respectif sont considérées cocas© authaïi'eiques. 20 Les trois formes de l'invention décrites ci-dessus, impliquent 1'utilisation de deux fréquences largement espacées dans le signal émis, lesquelles combinées avec l'utilisation de la technique d'analyse de signal du récepteur, fournissent à la fois une 25 délimitation améliorée de la zone de surveillance (parv rapport à la technique antérieure)» ainsi qu'une identification détaillée des caractéristiques des éléments non linéaires dans le répondeur codé comme moyen de distinction eïvcre les réponses authentiques et les réponses parasites en provenance situés à l'intérieur de la 30 zone de surveillance. Les particularités des circuits réels utilisés dans les diverses parties de ces systèmes ne sont pas données pour des raisons de concision et de clarté, étaist donne que les schémas des circuits impliqués sont classiques et évidents pour 1 'hoîïHis de l'art. 70 11981 IO 2038186 REVEHDXCATIONS 1. Un système de surveillance électronique possédant un moyen d'émission de signaux électromagnétiques, un répondeur passif destiné à être fixé sur un objet à placer sous surveillance, le 5 répondeur possédant un moyen de réception d'un signal dudit moyen émetteur et d'émission d'un signal de réponse, et un récepteur pour la réception et le traitement dudit signal de réponse, le système étant caractérisé par le fait q ue le moyen émetteur est construit et disposé de manière à émettre simultanément des 10 signaux à des fréquences largement espacées, par le fait que le répondeur comporte un moyen de réception des signaux auxdites fréquences, un moyen mélangeur de fréquences et un moyen émetteur d'un signal de réponse produit par le mélange de ces fréquences, qui est distinct du signal original émis^et par le fait que le 15 récepteur possède un système de traitement des signaux réagissant aussi bien au signal original émis qu'au signal de réponse et un moyen analyseur des caractéristiques du signal de réponse par comparaison aux caractéristiques du signal émis pour produire des réponses différentes selon la présence ou l'absence d'un répondeur. 20 2. Un système de surveillance électronique selon la Revendication 1, caractérisé par le fait que le moyen d'émission est construit et disposé de manière à émettre deux signaux, 11 un à fréquence plus élevée, l'autre à une fréquence plus basse. 3. Un système de surveillance électronique selon la Revendication 25 2, caractérisé par le fait que la fréquence plus élevée est de l'ordre de 1000 MHz et que la fréquence plus basse est de l'ordre de 0,1 MHz. 4. Un système de surveillance électronique selon la Revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait que le répondeur fournit un signal 30 de réponse comprenant le■second harmonique de la fréquence plus élevée et la somme et/ou la différence de celle-ci avec la fréquence plus basse, et par le fait que le récepteur est conçu de manière à fournir une réponse caractéristique de la présence d'un répondeur seulement quand ledit second harmonique est reçu 35 en même temps que ladite fréquence de somme et/ou de différence. 5. Un système de surveillance électronique selon la Revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait que le répondeur fournit un signal de réponse comprenant ladite fréquence plus élevée et les fréquences de somme et/ou de différence de celle-ci avec la fréquence plus 40 basse, et par le fait que le récepteur est conçu de manière à 70 11981, ii 2038186 fournir une réponse caractéristique de la présence d'un répondeur seulement quand ladite fréquence de somme ou de différence est reçue avec une puissance prédéterminée par rapport à la puissance de fréquence plus élevée. 56. Un système de surveillance électronique selon la Revendication 5, caractérisé par le fait que le récepteur comporte un détecteur synchrone et qu'une connexion directe est prévue avec le moyen émetteur pour transporter l'information de phase en fonction des signaux transmis au récepteur. 10 7. Un système de surveillance électronique selon la Revendication 2 ou 3, caractérisé par le fait que le répondeur comporte un moyen retardateur et émet un signal de réponse composé de la fréquence plus élevée et de la somme et/ou de la différence de la fréquence plus élevée avec la fréquence plus basse, le signal de réponse étant 15 retardé par ledit moyen retardateur en rapport avec le signal original émis, le récepteur étant conçu pour fournir une réponse caractéristique de la présence d'un répondeur seulement quand le signal de réponse retardé, contient à la fois la fréquence plus de la fréquence élevée et la somme ou la différence/plus élevée avec la fréquence 20 plus basse et que l'amplitude de celles-ci tombe simultanément à l'intérieur de niveaux d'admission préétablis. 8. Un répondeur pour un système de surveillance selon la Revendication 1, caractérisé par le fait que le répondeur possède une première antenne fonctionnant à une fréquence plus élevée, 25 l'antenne étant en deux parties couplées par une capacité procurant un isolement à la plus basse fréquence et une dérivation à la plus haute fréquence, un élément de circuit non linéaire branché entre les deux parties de l'antenne et une seconde antenne fonctionnant à la plus basse fréquence, disposée pour envoyer un signal reçu 30 à la plus basse fréquence au dispositif non linéaire. 9. Un répondeur selon la Revendication 8., caractérisé par le fait que l'élément de circuit non linéaire est une diode à semi-conducteur. 10. Un répondeur pour un système de surveillance selon la Revendication 1, caractérisé par le fait que le répondeur possède 35 une première antenne pour recevoir un signal à une fréquence plus élevée, une ligne à retard d'onde acoustique, de surface conçue pour, produire un écho électro-acoustique d'un signal reçu par l'antenne après une période de retard prédéterminée, qui, est transmis à l'antenne pour un nouveau rayonnement, un élément de 40 circuit non linéaire branché en parallèle sur la ligne à.retard 70 11981 12 2038186 et une seconde antenne fonctionnant à une fréquence plus basse branchée aux bornes dudit élément de circuit non linéaire. 11. Un répondeur selon la Revendication 10, caractérisé par le fait que l'élément de circuit non linéaire est une diode 5 à semi-conducteur.