АВТОМОБИЛЬНАЯ ПРОТИВОУГОННАЯ СИСТЕМА НА ОСНОВЕ БИОМЕТРИЧЕСКОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ

Предлагаемая полезная модель относится к транспортной технике, а именно, к системам идентификации автовладельца на основе биометрической информации и системам защиты автомобиля от несанкционированного доступа.
Идентификация с помощью биометрических технологий является в настоящее время одним из перспективных, бурно развивающихся направлений, среди которых методы и средства, использующие отпечатки пальцев, занимают одно из ведущих мест. Биометрические технологии все заметнее выступают на лидирующие позиции в индустрии безопасности.
Известна система персонализации посредством биометрической идентификации (GB 2388694 А, МПК В 60 R 25/04, опуб. 19.11.03), состоящая из электрически соединенных между собой модулей: модуля считывания отпечатка пальца и модуля управления. Модуль считывания отпечатка пальца включает в себя биометрический сенсорный датчик, представляющий собой любой чувствительный элемент, способный обнаруживать индивидуальные особенности и характеристики кожи, и установленный на чувствительном модуле. Модуль управления включает в себя: блок управления и контроля и блок анализа для распознавания изображения, чтобы идентифицировать автовладельца, блок хранения информации.
Система абсолютно идентифицирует автовладельца благодаря методу, основанному на получении некоего изображения - спектроскопического образца какой-либо части тела автовладельца,
сравнении полученного изображения с хотя бы одним сохраненным изображением, установлении соответствия и определении идентифицирован ли автовладелец. Данная система использует световую спектроскопию в видимом диапазоне, чтобы распознать автовладельцев по их подкожным химическим признакам, например, по кожной структуре. Каждый человек имеет свой собственный характеристический спектр в соответствии с индивидуальным биохимическим и структурным составом кожи, например, кожные слои имеют разную толщину, границы раздела двух слоев имеют разные неровности, коллагеновые волокна различаются по плотности, капиллярные сосуды имеют свою плотность и расположение под кожей, различна пигментация. Индивидуальный характеристический спектр может быть выявлен через анализ тканевого спектра при помощи сложного математического анализа. Например, датчик LightPrint, предложенный компанией Lumidim, освещает маленький участок кожи лучом в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне. Далее происходит сравнение света после того, как он был рассеян кожей. Эти результаты анализируются специальными алгоритмами, чтобы получить индивидуальный образец для каждого автовладельца и сравниваются с уже зарегистрированными образцами, хранящимися в блоке памяти. Система идентифицирует владельца и ставит заказанные профили в соответствии с владельцем. После удачной идентификации автовладелец может завести автомобиль, получить доступ к различным отсекам и отделениям, не прибегая к помощи ключа. Следует отметить, что если пользовательский профиль будет восстановлен или изменен, то система автоматически переустанавливает настройки приложений. Например, после успешной идентификации водителя А, профиль для А активизируется, что позволяет получить доступ к двигателю, дверям, электронной почте и т.д. Кроме того, радио, зеркала, сиденья и система климат-контроля могут быть также подстроены под пользовательский профиль. Однако, несмотря на указанные достоинства, система имеет ряд недостатков, а именно,
идентификация автовладельца методом сравнения произвольных изображений значительно уступает методам идентификации, основанным на сравнении отпечатков пальцев, так как структурный и биохимический состав кожи более подвержен изменениям, нежели папиллярный узор пальца. Кроме того, световая спектроскопия, при помощи которой проводится анализ тканевого спектра, значительно более дорогостоящая, чем технология сравнения отпечатка пальцев.
Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемой полезной модели является биометрический иммобилайзер (патент США №5675490, МПК В 60 R 25/04, В 60 R 21/16, опуб. 07.10.97), который используется для предотвращения несанкционированного использования транспортного средства. Функциональная схема прототипа содержит: модуль считывания, состоящий из сенсора-датчика, блока хранения информации, блока формирования и предварительной обработки изображения, блока анализа изображения и формирования кода отпечатка пальца и блока световой и звуковой индикации, а также модуль управления, состоящий из приемо-передающего блока, блока сравнения кода отпечатка с базой и принятия решений, блока обработки внешних сигналов, электрически связанного с вспомогательными устройствами, блока управления и контроля и блока управления исполнительным устройством.
Безопасный протокол связи модуля управления и модуля считывания исключает возможность несанкционированного доступа к блоку хранения биометрических данных. Модуль управления генерирует безопасный ключ связи с модулем считывания для контроля и управления большинством операций регулирования доступа. Система связи между модулем считывания и модулем управления основана на закодированной последовательности, которую генерирует мастер генерации случайных чисел по отпечатку пальца. Биометрический иммобилайзер включает также множество вспомогательных устройств, предназначенных для
контроля внешних систем: стартера, тормозного переключателя, зажигания, сирены, водительской и других дверей, светодиодного дисплея, электроснабжения, насоса для подачи горючего, катушки зажигания. Вспомогательные устройства, контролирующие внешние системы, позволяют данным системам сработать только после получения соответствующей команды от модуля управления, разрешенной модулем считывания. Команда доступа представляет собой закодированную последовательность и хранится в памяти вспомогательных устройств.
Биометрический иммобилайзер предусматривает биометрический контроль и определенное время доступа к системе. Обычно время доступа к данной системе не должно превышать 100 мс на одного пользователя, а право доступа к биометрическому иммобилайзеру могут иметь не более 5 пользователей.
Недостатками известного биометрического иммобилайзера являются:
1. Блок управления исполнительным устройством находится на плате модуля управления, что снижает скрытность установки.
2. Невозможно отнесение сенсора-датчика модуля считывания на большие расстояния.
3. Небольшое количество пользователей.
Задачей полезной модели является повышение надежности защиты автомобиля от угона, а именно, улучшение скрытности присутствия установленной системы, расширение спектра блокируемых цепей и устройств, при одновременном расширении круга лиц санкционированного доступа.
Для решения поставленной задачи предлагается автомобильная противоугонная система на основе биометрической идентификации, которая, как и наиболее близкая к ней система, выбранная в качестве прототипа, содержит модуль считывания отпечатка пальца, включающий датчик и блок световой и звуковой индикации, а также
модуль управления, включающий электрически соединенные приемопередающий блок, блок формирования и предварительной обработки изображения, блок анализа изображения и формирования кода отпечатка, блок сравнения кода отпечатка с базой и принятия решений, блок управления и контроля, блок обработки внешних сигналов, выходы которого связаны с концевыми датчиками и внешними системами, блок хранения информации, а также блок управления исполнительным устройством. Особенностью предлагаемой полезной модели, отличающей ее от известной, принятой за прототип автомобильной противоугонной системы на основе биометрической идентификации является то, что в систему дополнительно встроено по крайней мере одно электронное интеллектуальное реле, состоящее из последовательно соединенных блока приема команд и блока анализа команд, соединенного с блоком управления исполнительным устройством. Модуль считывания отпечатка пальца дополнительно содержит блок настройки и управления, выходы которого соединены с датчиком и блоком световой и звуковой индикации, блок предварительного преобразования и кодирования данных, соединенный с блоком настройки и управления, и приемо-передающий блок, подключенный к блоку предварительного преобразования и кодирования данных. Модуль управления дополнительно содержит блок преобразования и декодирования данных, подключенный между приемопередающим блоком и блоком формирования и предварительной обработки изображения, блок передачи команд, соединенный с блоком управления и контроля, коммуникационный блок, подключенный к блоку управления и контроля, к персональному компьютеру и инфракрасной клавиатуре. Приемо-передающий блок модуля считывания электрически соединен с приемо-передающим блоком модуля управления. Блок передачи команд модуля управления соединен с блоком приема команд электронного интеллектуального реле по штатной электропроводке автомобиля. Блок хранения информации подключен между блоком
сравнения кода отпечатка с базой и принятия решений и блоком управления и контроля.
Выполнение задач, поставленных при создании полезной модели, стало возможным благодаря следующему.
В автомобильную противоугонную систему встроено электронное интеллектуальное реле, представляющее собой миниатюрное устройство, выполненное в виде обычного штатного автомобильного реле. Электронное интеллектуальное реле состоит из последовательно соединенных блока приема команд, блока анализа команд и блока управления исполнительным устройством и принимает команды разрешения или запрета срабатывания исполнительного устройства от модуля управления по штатной электропроводке автомобиля. Все это позволяет обеспечить максимальную скрытность установки системы. Кроме того, электронных интеллектуальных реле в автомобильной противоугонной системе может быть установлено сколько угодно, что обеспечивает расширение спектра блокируемых цепей и устройств, и соответственно увеличивается уровень защиты автомобиля. Благодаря применению специализированного помехозащищенного высокоскоростного интерфейса, обеспечивающего связь между модулем считывания и модулем управления, стало возможным отнесение датчика на большие расстояния. За счет увеличения объема памяти блока хранения информации расширился круг лиц санкционированного доступа от 10 до 100.
Остальные вновь введенные существенные признаки, относящиеся к новым связям между модулем считывания, модулем управления и электронным интеллектуальным реле, обеспечивают функционирование заявляемой автомобильной противоугонной системы на основе биометрической идентификации.
Таким образом, совокупность указанных выше признаков позволяет решить поставленные задачи.
Предлагаемая полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором представлена функциональная схема конкретного примера выполнения автомобильной противоугонной системы на основе биометрической идентификации.
Система состоит из трех модулей - модуля считывания 1, модуля управления и получения биометрической информации 2 и электронного интеллектуального реле 3.
В модуль считывания 1 входят следующие блоки:
4 - датчик, предназначен для получения изображения отпечатка пальца;
5 - блок предварительного преобразования и кодирования данных, предназначен для преобразования цифровых данных в последовательный код и их кодирования в соответствии со специальным протоколом;
6 - приемо-передающий блок, предназначен для преобразования электрических сигналов для передачи данных по помехоустойчивому каналу;
7 - блок настройки и управления, предназначен для настройки и управления характеристиками датчика, блока предварительного преобразования и кодирования данных и приемо-передающего блока;
8 - блок световой и звуковой индикации.
В модуль управления и получения биометрической информации 2 входят следующие блоки:
9 - приемо-передающий блок, предназначен для преобразования электрических сигналов полученных по помехоустойчивому каналу в удобный для анализа вид;
10 - блок преобразования и декодирования данных, предназначен для преобразования последовательного кода в параллельный;
11 - блок формирования предварительной обработки изображения, предназначен для фильтрации изображения;
12 - блок анализа изображения и формирования кода отпечатка пальца, предназначен для выявления факта присутствия отпечатка в изображении и преобразования отпечатка в биометрический анализируемый код;
13 - блок сравнения кода отпечатка с базой и принятия решений, предназначен для сравнения полученного кода отпечатка с имеющимися в базе и принятия решения «свой-чужой»;
14 - блок управления и контроля, предназначен для общего управления системой в целом и всеми ее частями по отдельности, анализа состояния системы, анализа сбоев и их устранения;
15 - блок хранения информации;
16 - блок передачи команд, предназначен для формирования и передачи специальных помехо- и криптоустойчивых команд по стандартной шине электропитания автомобиля к электронному интеллектуальному реле;
17 - коммуникационный блок, предназначен для взаимодействия с пользователем при занесении отпечатков пальцев в базу данных и техническом обслуживании системы;
18 - блок обработки внешних сигналов, предназначен для анализа сигналов, поступающих от внешних датчиков, связанных с педалью тормоза, дверью, взаимодействия с другими системами автомобиля и другими охранными системами.
В электронное интеллектуальное реле 3 входят следующие блоки:
19 - блок приема команд, предназначен для обнаружения и декодирования команд, получаемых по стандартной шине питания автомобиля от блока управления и контроля 14;
20 - блок анализа команд, предназначен для управления исполнительным устройством реле, в соответствии с полученной командой, анализа состояния реле, устранения возможных сбоев, анализа активности блока управления и принятия решения на остановку автомобиля в случае повреждения главного модуля системы - модуля управления и контроля 2;
21 - блок управления исполнительным устройством, предназначен для непосредственного управления блокируемыми цепями и системами автомобиля.
Автомобильная противоугонная система содержит также следующие узлы и блоки:
22 - персональный компьютер;
23 - инфракрасная клавиатура;
24 - концевые датчики;
25 - внешние системы, это другие охранные системы автомобиля, предназначенные для оповещения владельца или охранной организации о состоянии автомобильной противоугонной системы; это, как правило, спутниковые системы, выпускаемые, например, группой компаний Аркан (www.arcan-group.ru), компанией Цезарь-сателлит, Starcom (www.starcom-spb.ru) и другими.
26 - светодиод;
27 - звуковой индикатор;
28 - датчик двери, предназначен для контроля состояния двери «открыто/закрыто»;
29 - датчик педали тормоза, предназначен для контроля состояния педали тормоза «нажато/отжато»;
30 - кнопка сервисного обслуживания, предназначена для управления сервисными функциями противоугонной системы.
Узлы 28, 29 и 30 входят в состав блока концевых датчиков 24.
В заявляемой полезной модели модуль считывания 1 может быть выполнен на основе печатной платы с датчиком производства компании
Hamster (Корея), на основе сканеров UPEK, компании STMM (США), на основе сканеров серии ВС, запатентованных организацией-заявителем предлагаемой полезной модели (см. патент РФ на полезную модель №46914, МПК 7 А 61 В 5/053, А 61 В 5/117, опубл. 10.08.2005). Модуль управления и получения биометрической информации 2 представляет собой электронную схему, выполненную на базе микроконтроллера ATmega8L-8MI (MLF32) компании «ATMEL» (США), а также других промышленно выпускаемых микросхем, например, ADM101EARM (mSOIC), 74HC125D(SO-14). Электронное интеллектуальное реле 3 выполнено на базе микросхем компании «ATMEL» (США) с использованием транзисторной и электромеханической блокировки внешних цепей. Кнопка сервисного обслуживания выполнена на базе тактируемой кнопки SDT. Перечисленные электронные компоненты и их основные технические характеристики приведены на сайтах: www.nitgen.com, www.upek.com, www.symmetron.ru, www.itis.spb.ru.
Автомобильная противоугонная система на основе биометрической идентификации работает следующим образом.
Режим входа в систему.
Водитель или лицо, обладающее правами санкционированного доступа, садится в автомобиль, плотно закрывает дверь и включает зажигание. Устройство звуковыми и световыми сигналами информирует о готовности. В течение нескольких секунд водитель должен приложить палец к датчику 4. Полученное цифровое изображение с датчика 4 передается в блок предварительного преобразования и кодирования 5, приемо-передающий блок 6, далее по специализированному помехозащищенному высокоскоростному интерфейсу в модуль управления 2, в приемо-передающий блок 9, блок преобразования и декодирования 10, блок формирования и предварительной обработки изображения 11 и в блок анализа изображения и формирования кода отпечатка пальца 12. В блоке сравнения кода отпечатка и принятия решения 13 информация сравнивается с информацией, хранящейся в блоке
хранения информации 15, заложенной в процессе установки автомобильной противоугонной системы на основе биометрической идентификации. После удачного сравнения информации в блоке 13, блок управления и контроля 14 через блок передачи команд 16 по штатной электропроводке автомобиля подает разрешающий сигнал электронному интеллектуальному реле 3. При этом выдается звуковой и световой сигналы через блок световой и звуковой индикации 8 в течение 10 секунд. Во время передачи разрешающего сигнала сигнальный светодиод будет мигать, по окончании процесса светодиод погаснет, и автомобиль готов к движению. При неудачном сравнении информации или если палец не был приложен, загорается сигнальный светодиод и после двухсекундного звукового сигнала, блок управления и контроля 14 через блок передачи команд 16 по штатной электропроводке автомобиля подает запрещающий сигнал электронному интеллектуальному реле 3, система переходит в режим блокировки движения. Двигатель будет заглушен в том случае, если движение либо уже начато, либо при попытке начать движение.
Режим программирования.
Этот режим предназначен для длительного отключения или перепрограммирования автомобильной противоугонной системы на основе биометрической идентификации. Программирование может осуществляться как через персональный компьютер 22, так и через ИК клавиатуру 23, а также посредством комбинационного нажатия кнопки сервисного обслуживания 30 и датчика педали тормоза 29. Программирование позволяет добавлять новых пользователей, выборочно удалять существующих, удалять всех. Данный режим позволяет программировать вид сигналов для управления внешними системами 25, включать/выключать режим противоразбойного нападения. Программирование позволяет добавлять «мастер-палец», при помощи которого можно осуществлять процедуры удаления или добавления новых пользователей системы.
Режим сервисного обслуживания.
Этот режим предусмотрен для передачи автомобиля посторонним лицам и на сервисное обслуживание, в случае, если нежелательно раскрывать факт установки автомобильной противоугонной системы или регистрировать новых пользователей. Активизация режима осуществляется при помощи нажатия кнопки сервисного обслуживания 30 и подтверждения этой команды отпечатком пальца зарегистрированного пользователя. В случае успешного определения загорится сигнальный светодиод 26 и прозвучит сигнал зуммера, после чего система будет подавать команду на переход в режим сервисного обслуживания. По окончании процесса перехода сигнальный светодиод 26 два раза включится в сопровождении звукового сигнала и погаснет - противоугонные функции системы отключены.
Режим защиты от силового захвата автомобиля.
В автомобильной противоугонной системе на основе биометрической информации предусмотрен специальный режим работы, который активируется, если в момент определения пользователя приложить к датчику 4 палец, который определен как «тревожный» и внесен в систему с помощью программного обеспечения. После приложения во время запроса «тревожного» пальца система имитирует штатный режим работы - автомобиль готов к движению. Однако через 5 мин после активации данного режима система заблокирует движение автомобиля.
Дополнительно к режиму защиты от силового захвата атомобиля, предусмотрен непрерывный контроль открытия двери автомобиля, при помощи датчика двери 28. При фиксировании факта открытия двери система переходит в режим «тревоги» и после первого нажатия на педаль тормоза, предлагает пользователю повторно пройти идентификацию.
Таким образом, предложенная противоугонная система на основе биометрической идентификации, позволила уменьшить вероятность несанкционированного доступа, улучшить скрытность установленной системы и расширить спектр блокируемых цепей и устройств.