СПОСОБ ОТПИРАНИЯ ЗАМКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF UNLOCKING LOCK AND DEVICE TO THIS END

Предлагаемые способ и устройство относятся к области защиты различных объектов от несанкционированного доступа посторонних лиц и могут быть использованы для охраны квартир, дач, офисов, складов и других объектов.
Известны способы отпирания замка и устройства для их осуществления (авт. свид. СССР №№1326718, 1807207; патента РФ №№2081983, 2159836, 2182636, 2223376, 2233958, 2283412, 2299962, 2299298; патент СИТА №4042970; патент Франции №2687240; патенты Великобритании №№1453298, 2261254 и другие).
Из известных способов и устройств наиболее близкими к предлагаемым являются «Способ отпирания замка и устройство для его осуществления» (патент РФ №2299298, Е05В 47/00, 2005), которые и выбраны в качестве прототипов.
Устройство, реализующее известный способ, содержит запирающее устройство, ключ, контакт, теплоизлучатель, нагреватель, фотоприемник, анализатор сигнала, замочную скважину, электронный ключ, передатчик, задающий генератор, генератор модулирующего кода, фазовый манипулятор, усилитель мощности, передающую антенну, приемную антенну, усилитель высокой частоты, устройство формирования опорного напряжения, удвоитель фазы, узкополосные фильтры, делитель фазы на два, фазовый детектор и блок регистрации.
Известные способ и устройство позволяют повысить надежность замка посредством передачи по радиоканалу сигнала тревоги владельцу объекта или отделу внутриведомственной охраны при несанкционированном воздействии на замок ключом другой конструкции.
В указанных технических решениях опорное напряжение, необходимое для синхронного детектирования принимаемого ФМн-сигнала, выделяется непосредственно из самого принимаемого ФМн-сигнала. Для этого предназначено устройство 18 формирования опорного напряжения, состоящее из последовательно включенных удвоителя 19 фазы, узкополосного фильтра 20, делителя 21 фазы на два и узкополосного фильтра 22.
При этом на выходе удвоителя 19 фазы образуется гармоническое колебание (фиг.3, г)
которое выделяется узкополосным фильтром 20 и поступает на вход делителя 21 фазы на два, на выходе которого образуется гармоническое колебание (фиг.3, д)
Это колебание выделяется узкополосным фильтром 22, используется в качестве опорного напряжения и подается на опорный вход фазового детектора 23.
Однако начальная фаза полученного колебания может иметь два
с
с
устойчивых состояния: φ и φ+π. Это легко показать аналитически.
Если произвести деление, аналогичное предыдущему, но предварительно добавив к аргументу угол 2π, что не изменяет исходного гармонического колебания, то после деления фазы на два получится колебание, сдвинутое по фазе на π:
.
Двузначность фазы полученного колебания вытекает из самого процесса деления фазы. Физически указанная двузначность начальной фазы объясняется неустойчивой работой делителя 21 фазы на 2.
Следовательно, указанному процессу выделения опорного напряжения из принимаемого ФМн-сигнала присуще явление обратной работы.
с
с
1
2
и
Указанное явление обусловлено скачкообразными переходами начальной фазы опорного напряжения из одного состояния φ в другое φ+π под действием помех, кратковременного прекращения приема и других факторов. Эти переходы за время приема ФМн-сигнала могут происходить в случайные моменты времени, например t и t (фиг.3, д). При этом на выходе фазового детектора 23 выделяется искаженная модулирующая функция М(t) (фиг.3, е).
Явление "обратной работы" является весьма вредным в технике когерентного приема и синхронного детектирования ФМн-сигналов. Именно из-за явления "обратной работы" классическая фазовая манипуляция долгое время не находила широкого применения несмотря на ряд своих преимуществ.
В настоящее время существует несколько методов устранения явления "обратной работы". Можно применять, например, специальные испытательные посылки для подтверждения правильности установки начальной фазы в приемнике (Петрович Н.Т., Размахнин М.К. Системы связи с шумоподобными сигналами. М.: Сов. радио, 1969), можно также использовать специальные коды, обнаруживающие и исправляющие ошибки, вызванные явлением "обратной работы" (Хоменюк Ю.В. Об устранении "обратной работы" в когерентном приемнике сигналов, манипулированных по фазе. - Радиоэлектроника, №6, 1966).
Однако указанные методы связаны с введением в сигнал некоторой избыточности, снижающей эффективность использования фазовой манипуляции.
Технической задачей изобретения является повышение достоверности синхронного детектирования принимаемого фазоманипулированного сигнала путем обнаружения и устранения явления "обратной работы".
Поставленная задача решается тем, что способ отпирания замка, заключающийся в соответствии с ближайшим аналогом в физическом воздействии на ключ путем нагрева, определении его физической характеристики в виде распределения интенсивности теплового излучения по поверхности ключа, в который заранее вносят внутренние дефекты, сравнении ее с заданной и подаче сигнала на отпирание замка при совпадении этих характеристик, при этом при несовпадении указанных характеристик формируют высокочастотное колебание, манипулируют его по фазе модулирующим кодом, несущим информацию о замке, усиливают по мощности и излучают в пространство в виде фазоманипулированного сигнала, а затем принимают на пункте контроля, удваивают по фазе, выделяют гармоническое напряжение на удвоенной несущей частоте, делят его по фазе на два, выделяют гармоническое напряжение на несущей частоте и используют его в качестве опорного напряжения для синхронного детектирования принимаемого фазоманипулированного сигнала, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное модулирующему коду, регистрируют и анализируют его, отличается от ближайшего аналога тем, что осуществляют частотное детектирование полученного гармонического напряжения на несущей частоте и в случае скачкообразных изменений его начальной фазы выделяют короткие разнополярные импульсы, соответствующие моментам скачкообразных изменений начальной фазы, используют их для формирования положительных прямоугольных импульсов и воздействуют ими на начальную фазу гармонического напряжения на несущей частоте, возвращая ее в исходное состояние и стабилизируя тем самым на время приема фазоманипулированного сигнала.
Поставленная задача решается тем, что устройство отпирания замка, содержащее в соответствии с ближайшим аналогом ключ с внутренними дефектами, замок, имеющий элемент формирования в виде источника тепла, последовательно включенные приемник, анализатор сигнала, выполненный в виде измерителя интенсивности теплового излучения, и запирающий блок, а также контактный переключатель, соединенный с элементом формирования воздействия, приемником и анализатором сигнала, передатчик, соединенный через электронный ключ с контактным переключателем и выходом анализатора сигнала, и пункт контроля, установленный в отделе внутриведомственной охраны или у владельца объекта, на котором установлен замок, при этом передатчик выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом генератора модулирующего кода, усилителя мощности и передающей антенны, пункт контроля выполнен в виде последовательно включенных приемной антенны, усилителя высокой частоты, удвоителя фазы, первого узкополосного фильтра, делителя фазы на два и второго узкополосного фильтра, последовательно подключенных к выходу усилителя высокой частоты фазового детектора и блока регистрации, отличается от ближайшего аналога тем, что оно снабжено частотным детектором, триггером и балансным переключателем, причем к выходу второго узкополосного фильтра последовательно подключены частотный детектор, триггер и балансный переключатель, второй вход которого соединен с выходом второго узкополосного фильтра, а выход подключен к второму входу фазового детектора.
Структурная схема замка представлена на фиг.1. Структурная схема пункта контроля изображена на фиг.2. Временные диаграммы, поясняющие принцип передачи сигнала тревоги по радиоканалу, показаны на фиг.3.
Замок содержит запирающее устройство 1, ключ 2, систему нагрева, состоящую из теплоизлучателя 4, соединенного с контактом 3, и нагреватель 5. Устройство содержит также фотоприемник 6, подсоединенный к анализатору 7 сигнала, связанному с запирающим устройством 1, замочную скважину 8, электронный ключ 9, передатчик 10 и пункт контроля. При изготовлении ключа 2 в него вносят внутренние дефекты (например, воздействием на него протонного излучения).
Передатчик выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора 11, фазового манипулятора 13, второй вход которого соединен с выходом генератора 12 модулирующего кода, усилителя 14 мощности и передающей антенны 15. Фотоприемник 6, анализатор 7 сигнала непосредственно, а передатчик 10 через электронный ключ 9 соединены с контактом 3.
Пункт контроля выполнен в виде последовательно включенных приемной антенны 16, усилителя 17 высокой частоты, удвоителя 19 фазы, первого узкополосного фильтра 20, делителя 21 фазы на два, второго узкополосного фильтра 22, частотного детектора 25, триггера 26, балансного переключателя 27, второй вход которого соединен с выходом второго узкополосного фильтра 22, фазового детектора 23, второй вход которого соединен с выходом усилителя 17 высокой частоты, и блока 24 регистрации.
Поскольку каждый ключ обладает индивидуальным распределением приповерхностных дефектов, образующихся в массе материала при изготовлении ключа, то индивидуальным для каждого ключа будет и распределение интенсивности излучения по поверхности ключа после его предварительного нагрева.
Поэтому открыть замок можно только тем ключом, характеристика которого заранее заложена в устройство, сравнивающее характеристику ключа с заранее заданной. Таким образом, способ отпирания замка обладает высокой степенью секретности.
Если характеристика ключа не совпадает с заранее заложенной в устройство характеристикой, то включается радиоканал, по которому сигнал тревоги передается на пункт контроля (в отдел внутриведомственной охраны, владельцу объекта, на котором установлен замок) для принятия решения о задержании лица, не имеющего санкционированного доступа к замку, а следовательно, и к объекту.
Способ осуществляют следующим образом.
Для ключа, изготовленного с приповерхностными дефектами, заранее определяется характеристика распределения теплоизлучения по поверхности ключа. С этой целью ключ нагревают до температуры, до которой он будет нагрет при отпирании замка. Эту характеристику заносят в память устройства, которое может сравнить фактическую характеристику ключа с заданной.
При отпирании замка ключ вставляют в замочную скважину, где он подвергается нагреву до определенной температуры, после чего определяется его физическая характеристика: распределение теплового излучения по поверхности ключа. В случае совпадения этой характеристики с заранее определенной подается сигнал на отпирание замка.
Выполнение задатчика сигнала в виде источника, а приемника в виде измерителя интенсивности теплового излучения позволяет определить распределение интенсивности излучения по поверхности ключа после его предварительного нагрева. При этом, поскольку каждый ключ обладает индивидуальным распределением внутренних, невидимых снаружи дефектов в массиве материала, из которого он изготовлен, то распределение интенсивности излучения по поверхности ключа является индивидуальным. Это обстоятельство позволяет существенно повысить секретность предлагаемого замка.
Такими ключами снабжают всех лиц, которые имеют санкционированный доступ к замку, а следовательно, и к объекту, на котором он установлен.
Если характеристика ключа не совпадает с заранее заложенной в устройство характеристикой, то в замке формируется фазоманипулированный (ФМн) сигнал, в котором содержатся сведения о номере замка и месте, где он установлен. Данный сигнал тревоги передается по радиоканалу на пункт контроля, где принимаются меры по задержанию злоумышленника.
После включения устройство, реализующее предлагаемый способ, функционирует следующим образом.
При установке ключа 2 в замочную скважину 8 контактом 3 включается система нагрева, состоящая из теплоизлучателя 4 и нагревателя 5, а также фотоприемник 6 и анализатор 7 сигнала. После нагрева ключа 2 до определенной температуры фотоприемник 6 фиксирует распределение интенсивности теплового излучения по поверхности ключа 2 и подает сигнал на анализатор 7 сигнала, в котором полученная характеристика сравнивается с эталонной, в случае их совпадения подается сигнал управления на отпирание запирающего устройства 1 и на закрытие электронного ключа 9. В исходном состоянии электронный ключ 9 всегда открыт.
При установке ключа 2, характеристика которого не совпадает с заранее заложенной в устройство характеристикой, контактом 3 через открытый ключ 9 включается передатчик 10. При этом задающим генератором 11 формируется высокочастотное колебание (фиг.3, а)
c
с
с
c
где V, ω, φ, T - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность высокочастотного колебания, которое поступает на первый вход фазового манипулятора 13, на второй вход которого подается модулирующий код M(t) (фиг.3, б), содержащий сведения о номере замка, его характере и местоположении, где он установлен.
На выходе фазового манипулятора 13 образуется ФМн-сигнал (фиг.3, в)
k
k
э
э
э
где φ(t)={0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом М(t), причем φ(t)=const при K·τ≤t≤(K+1)·τ и может изменяться скачком при t=К·τ, т.е. на границах между элементарными посылками (К=1,2,…N-1);
э
c
c
э
τ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью T·(T=N·τ), который после усиления в усилителе 14 мощности излучается передающей антенной 15 в эфир, принимается приемной антенной 16 на пункте контроля и через усилитель 17 высокой частоты поступает на информационный вход фазового детектора 23 и на вход удвоителя 19 фазы. На выходе последнего образуется гармоническое напряжение (фиг.3, г)
k
2
Н1
с
Н2
с
Так как 2φ(t)={0, 2π}, то в указанном напряжении манипуляция фазы уже отсутствует. Гармоническое напряжение U(t) выделяется узкополосным фильтром 20, частота настройки ω которого выбирается равной удвоенному значению несущей частоты ω·(ω=ω), и поступает на вход делителя 21 фазы на два, на выходе которого образуется гармоническое напряжение (фиг.3, д)
с
Н2
с
Это напряжение выделяется узкополосным фильтром 22, настроенным на несущую частоту ω·(ω=ω), и подается на входы частотного детектора 25 и балансного переключателя 27.
с
c
Однако начальная фаза полученного напряжения может иметь два уставных состояния: φ и φ+π. Это показано выше.
Следовательно, под действием помех, кратковременного прекращения приема и других факторов начальная фаза напряжения (фиг.3, д)
с
с
1
2
может переходить из одного состояния φ в другое φ+π. Эти переходы за время приема ФМн-сигнала могут происходить в случайные моменты времени, например, t и t (фиг.3, д).
3
3
При скачкообразном изменении начальной фазы опорного напряжения U(t) на +180°, обусловленном, например, неустойчивой работой делителя 21 фазы на два под воздействием помех, частотный детектор 25 выделяет положительный короткий импульс, а при изменении начальной фазы опорного напряжения U(t) на -180° (возвращение начальной фазы в исходное состояние) частотный детектор 25 выделяет отрицательный короткий импульс (фиг.3, ж).
1
2
2
При этом триггер 26 положительным коротким импульсом с выхода частотного детектора 25 переводится в другое устойчивое состояние в момент времени t, выходное напряжение триггера 26 в момент времени t становится и остается положительным до очередного скачка начальной фазы в момент времени t, который возвращает начальную фазу опорного напряжения в первоначальное состояние (фиг.3, з).
3
В отсутствие скачков фазы опорное напряжение U(t) с выхода узкополосного фильтра 22 через балансный переключатель 27 поступает на опорный вход фазового детектора 23 без изменений. В этом случае балансный переключатель 27 находится в первом устойчивом состоянии.
3
Положительное выходное напряжение триггера 26 (фиг.3, з) переводит балансный переключатель 27 в другое устойчивое состояние, при котором опорное напряжение U(t) (фиг.3, д) с выхода узкополосного фильтра 22 поступает на опорный вход фазового детектора 23 с изменением начальной фазы на - 180°.
3
Это позволяет устранить нестабильность начальной фазы опорного напряжения U(t) (фиг.3, д), вызванную скачкообразными ее изменениями под воздействием помех, и связанным с ней явлением "обратной работы".
Следовательно, частотный детектор 25 обеспечивает обнаружение момента возникновения явления "обратной работы", а триггер 26 и двойной балансный переключатель 27 устраняют ее. В результате на опорный вход фазового детектора 23 подается опорное напряжение со стабильной начальной фазой (фиг.3, и)
На выходе фазового детектора образуется низкочастотное напряжение (фиг.3, к)
где
К - коэффициент передачи фазового детектора, пропорциональное модулирующему коду M(t) (фиг.3, б), которое регистрируется блоком 24 регистрации.
Анализируя низкочастотное напряжение, определяют номер и место установки замка, подвергшегося несанкционированному воздействию, и принимают меры по задержанию злоумышленника.
Последовательно соединенные удвоитель 19 фазы, узкополосный фильтр 20, делитель 21 фазы на два, узкополосный фильтр 22, частотный детектор 25, триггер 26 и балансный переключатель 27, второй вход которого соединен с выходом узкополосного фильтра 22, образуют устройство формирования опорного напряжения со стабильной начальной фазой.
Следует отметить, что необходимым условием работы фазового детектора 23 является наличие опорного напряжения, имеющего ту же частоту, что и принимаемый ФМн-сигнал.
В предлагаемых технических решениях опорное напряжение со стабильной начальной фазой, необходимое для синхронного детектирования принимаемого ФМн-сигнала, выделяется непосредственно из самого принимаемого ФМн-сигнала.
При несанкционированном воздействии на замок ключом другой конструкции или отмычкой на пункт контроля (владельцу объекта, на котором установлен данный замок, или отделу внутриведомственной охраны) передается по радиоканалу сигнал тревоги, в качестве которого используются сигналы с фазовой манипуляцией, обладающие энергетической и структурной скрытностью.
Энергетическая скрытноть ФМн-сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени и по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого ФМн-сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами и помехами. Причем энергия ФМн-сигнала отнюдь не мала, она просто распределена по частотно-временной области так, что в каждой точке этой области мощность сигнала меньше мощности шумов и помех.
Структурная скрытность сложных ФМн-сигналов обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку сложных ФМн-сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемника.
Таким образом, предлагаемые способ и устройство по сравнению с прототипами обеспечивают повышение достоверности синхронного детектирования принимаемого фазоманипулированного сигнала. Это достигается путем обнаружения и устранения явления "обратной работы". При этом частотный детектор обеспечивает обнаружение момента возникновения явления "обратной работы", а триггер и двойной балансный переключатель устраняют ее.