МЕТКА РАДИОЧАСТОТНОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ ОБЪЕКТА И СИСТЕМА И СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КООРДИНАТ И КОНТРОЛЯ ОБЪЕКТОВ
MARKER OF RADIO FREQUENCY IDENTIFICATION OF OBJECT AND SYSTEM AND METHOD FOR DETECTION OF COORDINATES AND CONTROL OF OBJECTS

Изобретение относится к области радиочастотной идентификации объектов, а именно к определению координат и контроля объектов, например транспортных средств, товаров, животных, пациентов в больницах и т.д.
Известна метка радиочастотной идентификации объекта, содержащая приемный блок с антенной; цифровое логическое устройство, выполненное с возможностью идентификации сигнала опроса и формирования сигнала ответа заданного вида на заданной несущей частоте; передающий блок с антенной; при этом цифровое логическое устройство соединено с указанными приемным и передающим блоками (US 6483427, опубл. 2002).
Из US 6483427 также известна система определения координат и контроля объектов, включающая указанные метки радиочастотной идентификации по числу объектов, формирователь сигналов опроса, передающий модуль, содержащий антенну и передатчик, выход которого подключен к антенне, по меньшей мере, три пространственно разнесенных приемных модуля с известными координатами, каждый из которых содержит антенну и приемник, вход которого подключен к антенне, модуль обработки сигналов и управления и блок отображения информации.
Из US 6483427 также известен способ определения координат и контроля объектов, в котором формируют сигнал опроса для передачи на метки радиочастотной идентификации объектов, передают сигнал опроса меткам радиочастотной идентификации всех объектов, формируют каждой из указанных меток радиочастотной идентификации индивидуальный сигнал ответа, содержащий код соответствующей метки на одной заданной несущей частоте, принимают указанные сигналы ответа, по меньшей мере, тремя пространственно разнесенными приемными модулями с известными координатами и затем обрабатывают указанные сигналы ответа для получения координат объектов.
Недостатком известных технических решений при обслуживании большого количества объектов, при фиксированных требованиях по энергоэкономичности и уровням мощности излучения передатчиков является их недостаточная помехозащищенность, малая дальность действия и относительно высокая стоимость.
Задачей настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков.
Решением задачи является метка радиочастотной идентификации объекта, содержащая приемную антенну; приемный блок, соединенный с приемной антенной; цифровое логическое устройство, выполненное с возможностью идентификации сигнала опроса по коду метки или коду тревоги и формирования кода ответа, не зависящего от кода метки; передающий блок, выполненный с возможностью формирования сигнала ответа заданного вида; передающую антенну, соединенную с передающим блоком; источник питания, подключенный к приемному и передающему блокам и цифровому логическому устройству; при этом цифровое логическое устройство соединено с указанными приемным и передающим блоками, а приемный блок соединен с передающим блоком для формирования передающим блоком сигнала ответа заданного вида, по меньшей мере, на одной заданной несущей частоте, определяемой частотой сигнала опроса.
Приемный блок содержит полосовой фильтр с центральной частотой полосы пропускания, соответствующей центральной частоте сигнала опроса, при этом приемная антенна соединена с приемным блоком по входу указанного фильтра, усилитель, демодулятор и ключ; цифровое логическое устройство содержит аналого-цифровой преобразователь, схему совпадения кода метки, тактовый генератор, формирователь тактовых импульсов, формирователь строба, формирователь кода ответа и синтезатор гетеродинных частот; передающий блок содержит модулятор для формирования сигнала ответа на заданной несущей частоте, определяемой частотой сигнала опроса, смеситель, усилитель сигнала ответа и полосовой фильтр; при этом полосовой фильтр приемного блока по выходу соединен через усилитель с демодулятором, ключом и формирователем тактовых импульсов, демодулятор по выходу соединен с аналого-цифровым преобразователем, соединенным по выходу со схемой совпадения кода метки, тактовый генератор по своим выходам соединен с аналого-цифровым преобразователем и схемой совпадения кода метки, соединенной по выходу с формирователем строба, формирователь строба по одному из выходов соединен с формирователем тактовых импульсов, а по другому - с формирователем кода ответа и управляющим входом ключа, формирователь тактовых импульсов по выходу соединен с формирователем строба, формирователем кода ответа и синтезатором гетеродинных частот, соединенным по выходу со смесителем, модулятор по входам соединен с ключом и формирователем кода ответа, а по выходу - последовательно со смесителем, усилителем и полосовым фильтром передающего блока, по выходу соединенным с передающей антенной.
В другом варианте приемный блок содержит полосовой фильтр с центральной частотой полосы пропускания, соответствующей центральной частоте сигнала опроса, при этом приемная антенна соединена с приемным блоком по входу указанного фильтра, усилитель, демодулятор и ключ; цифровое логическое устройство содержит аналого-цифровой преобразователь, схему совпадения кода метки, тактовый генератор, формирователь тактовых импульсов, формирователь строба, формирователь кода ответа и синтезатор гетеродинных частот; передающий блок содержит модулятор для формирования сигнала ответа на заданной несущей частоте, определяемой частотой сигнала опроса, делитель, смесители, сумматор, усилитель сигнала ответа и полосовой фильтр; при этом полосовой фильтр приемного блока по выходу соединен через усилитель с демодулятором, ключом и формирователем тактовых импульсов, демодулятор по выходу соединен с аналого-цифровым преобразователем, соединенным по выходу со схемой совпадения кода метки, тактовый генератор по своим выходам соединен с аналого-цифровым преобразователем и схемой совпадения кода метки, соединенной по выходу с формирователем строба, формирователь строба по одному из выходов соединен с формирователем тактовых импульсов, а по другому - с формирователем кода ответа и управляющим входом ключа, формирователь тактовых импульсов по выходу соединен с формирователем строба, формирователем кода ответа и синтезатором гетеродинных частот, соединенным по выходам с соответствующими смесителями, модулятор по входам соединен с ключом и формирователем кода ответа, а по выходу - через делитель со смесителями, соединенными по выходам с сумматором, выход которого через усилитель соединен с полосовым фильтром передающего блока, по выходу соединенным с передающей антенной.
Цифровое логическое устройство дополнительно содержит схему состояния датчиков объекта, количество входов которой соответствует количеству соединенных с нею датчиков объекта, и ключ включения выхода частоты тревоги синтезатора гетеродинных частот, при этом по выходу указанная схема соединена со схемой совпадения кода метки и одним из входов указанного ключа, соединенного по другому входу с синтезатором гетеродинных частот, а по выходу - со смесителем.
Цифровое логическое устройство также дополнительно содержит схему совпадения кода тревоги и логическую схему «ИЛИ», при этом схема совпадения кода тревоги соединена по соответствующим входам с выходом аналого-цифрового преобразователя, указанным выходом схемы состояния датчиков объекта и дополнительным выходом тактового генератора, а выходы схемы совпадения кода метки и схемы совпадения кода тревоги соединены с формирователем строба через логическую схему «ИЛИ».
Решением задачи является система определения координат и контроля объектов, включающая: по меньшей мере, одну из вышеописанных меток радиочастотной идентификации для одного, по меньшей мере, объекта, формирователь сигналов опроса; передающий модуль, содержащий антенну и передатчик, выход которого подключен к антенне; по меньшей мере, три пространственно разнесенных приемных модуля с известными координатами, каждый из которых содержит антенну и приемник, вход которого подключен к антенне; модуль обработки сигналов и управления; оконечное оборудование, при этом модуль обработки сигналов и управления по входам соединен линиями связи с выходами приемников приемных модулей, по выходам - с формирователем сигналов опроса и по каналу обмена - с оконечным оборудованием.
В системе определения координат и контроля объектов модуль обработки сигналов и управления содержит опорный генератор, генератор первой гетеродинной частоты, синтезатор вторых гетеродинных частот, тактовый генератор, генератор несущего колебания, формирователь стробов, процессор с памятью, преобразовательные модули по числу приемных модулей, причем один из входов каждого из преобразовательных модулей является одним из входов модуля обработки сигналов и управления, делитель частоты и цифроаналоговый преобразователь, имеющий буферную память, при этом опорный генератор по выходу соединен с генератором первой гетеродинной частоты, синтезатором вторых гетеродинных частот, тактовым генератором и генератором несущего колебания, выход генератора первой гетеродинной частоты соединен с соответствующими входами преобразовательных модулей, выходы синтезатора вторых гетеродинных частот соединены с соответствующими входами преобразовательных модулей, тактовый генератор по первому выходу соединен с соответствующими входами преобразовательных модулей, с первым входом формирователя стробов и через делитель частоты - с цифроаналоговым преобразователем, а по второму выходу - со вторым входом формирователя стробов, формирователь стробов по первому выходу соединен с соответствующими входами преобразовательных модулей, а по второму выходу - с цифроаналоговым преобразователем, указанный процессор по каналам обмена соединен с каждым из преобразовательных модулей, цифроаналоговым преобразователем и оконечным оборудованием; формирователь сигналов опроса содержит балансный смеситель, генератор сигнала частотного сдвига, фильтр верхней гармоники, фильтр нижней гармоники, инвертор, первый, второй и третий ключи и сумматор, причем балансный смеситель по одному входу соединен с выходом генератора несущего колебания модуля обработки сигналов и управления, а по другому входу - с выходом генератора сигнала частотного сдвига, по выходу балансный смеситель соединен с фильтром верхней гармоники и фильтром нижней гармоники, выходы которых через первый и второй ключи, соответственно, соединены с сумматором, выход которого соединен с одним из входов третьего ключа, соединенного по выходу с входом передатчика передающего модуля, при этом другой вход третьего ключа соединен со вторым выходом формирователя стробов, а выход цифроаналогового преобразователя соединен с первым ключом и через инвертор - со вторым ключом.
Оконечное оборудование, модуль обработки сигналов и формирователь сигналов опроса образуют пост контроля.
Указанные приемные модули расположены таким образом, чтобы расстояние между ними было максимальным в пределах области определения координат и контроля объектов.
Система дополнительно может содержать контрольные метки радиочастотной идентификации, расположенные в указанных приемных модулях.
Решением задачи является также способ определения координат и контроля объектов, содержащий формирование, по меньшей мере, одного сигнала опроса для передачи на метку радиочастотной идентификации, по меньшей мере, одного выбранного объекта, при этом сигнал опроса включает код метки радиочастотной идентификации выбранного объекта или код тревоги, общий для меток радиочастотной идентификации всех объектов; передачу сигнала опроса на несущей частоте, одинаковой для меток радиочастотной идентификации всех объектов, подлежащих определению координат и контролю, в промежуток времени, соответствующий выбранному объекту; идентификацию сигнала опроса меткой радиочастотной идентификации соответствующего объекта по ее коду или коду тревоги и формирование и передачу указанной меткой радиочастотной идентификации одинакового для меток всех объектов, подлежащих определению координат и контролю, сигнала ответа заданного вида, не зависящего от кода метки, по меньшей мере, на одной заданной несущей частоте; прием указанного сигнала ответа, по меньшей мере, тремя пространственно разнесенными приемными модулями с известными координатами и последующую обработку указанного сигнала ответа для получения координат объекта.
Несущую частоту сигнала ответа восстанавливают из несущей частоты сигнала опроса.
Каждый из сигналов опроса дополнительно включает общий для всех объектов код-заголовок и заданный повторяющийся код, при этом несущую частоту сигнала ответа восстанавливают из повторяющихся кодов.
В качестве повторяющегося кода используют код метки радиочастотной идентификации конкретного объекта.
Метка радиочастотной идентификации формирует сигнал ответа заданного вида на нескольких заданных несущих частотах путем модуляции опорного сигнала, представляющего собой сетку заданных несущих колебаний.
Метка радиочастотной идентификации формирует сигнал ответа заданного вида на заданной для нее несущей частоте.
В процессе обработки сигналов ответа осуществляют вычисление их взаимно корреляционных функций с эталоном сигнала ответа, обнаружение пиков указанных функций, превышающих заданный порог обнаружения,определение максимумов указанных пиков и относительных задержек указанных максимумов, которые соответствуют относительным задержкам сигналов ответа, принятых по парам указанных пространственно разнесенных приемных модулей, а координаты подвижных объектов получают разностно-дальномерным методом по относительным задержкам указанных максимумов.
Прием указанных сигналов ответа осуществляют, по меньшей мере, тремя пространственно разнесенными приемными модулями с известными координатами и дополнительно вычисляют разности относительных задержек сигналов ответа для исключения случайных ошибок на прохождение сигналов опроса при передаче и в радиочастотных метках.
Можно дополнительно осуществлять попарную взаимно корреляционную обработку сигналов ответа, принятых каждым пространственно разнесенным приемным модулем с известными координатами, поиск положений максимумов взаимно корреляционных функций на оси задержек, исключение максимумов, соответствующих задержкам подвижных объектов, и полагают оставшиеся максимумы соответствующими откликам сторонних источников излучения, координаты которых вычисляют разностно-дальномерным методом.
Также дополнительно можно осуществлять прием сигналов ответа от радиометок, расположенных на пространственно разнесенных приемных модулях с известными координатами и имеющих заранее установленные относительные разности задержек распространения сигналов ответа до остальных приемных модулей, сравнивают эти заранее установленные относительные разности задержек с полученными относительными разностями задержек для радиометок подвижных объектов и используют полученные в результате сравнения поправки при определении координат подвижных объектов.
Характеристики формы пиков взаимно корреляционных функций измеряют в пределах от максимального значения до уровня, соответствующего уровню максимальных боковых лепестков взаимно корреляционных функций, по измеренным характеристикам сравнивают пики взаимно корреляционных функций сигналов, принятых одной парой пространственно разнесенных приемных модулей с пиками взаимно корреляционных функций, принятых другой парой пространственно разнесенных приемных модулей, и пики взаимно корреляционных функций с наиболее сходными характеристиками считают принадлежащими одному и тому же источнику радиоизлучения, а пики с отличающимися характеристиками считают принадлежащими разным источникам радиоизлучения.
В качестве упомянутой характеристики формы пика взаимно корреляционной функции измеряют ширину пика взаимно корреляционной функции, при этом пределы измерения включают промежуточные уровни.
Промежуточные уровни выбирают в соответствии с последовательностью, представляющей собой убывающую арифметическую прогрессию с шагом, равным 0,1 максимального значения.
В ответ на сигнал опроса с кодом метки радиочастотной идентификации выбранного объекта может быть сформирован сигнал ответа заданного вида на частоте тревоги, если с помощью датчиков определяют уровень тревоги выбранного объекта.
Сигнал опроса, включающий код тревоги, формируют и передают в случае отсутствия сигнала ответа от метки радиочастотной идентификации какого-либо объекта на сигнал опроса, включающий код метки, по истечении заданного времени ожидания ответа.
Сущность изобретения поясняется на чертежах:
на фиг.1 показан пример осуществления схемы метки радиочастотной идентификации;
на фиг.2 - пример осуществления схемы метки радиочастотной идентификации, выполненной с возможностью формирования сигнала ответа на частоте тревоги;
на фиг.3 - пример осуществления схемы метки радиочастотной идентификации, выполненной с возможностью идентификации сигнала опроса с кодом тревоги и формирования при обнаружении тревоги ответного сигнала заданного вида;
на фиг.4 показана блок-схема системы определения координат и контроля объектов;
на фиг.5 - блок-схема формирователя сигналов опроса;
на фиг.6 - блок-схема модуля обработки сигналов и управления;
на фиг.7 - блок-схема преобразовательного модуля;
на фиг.8 показаны временные диаграммы сигналов в цепях метки радиочастотной идентификации;
на фиг.9 - временные диаграммы копии кода ответа метки радиочастотной идентификации на оси задержек, принимаемого одним из приемных модулей сигнала ответа и отклика корреляционной обработки принимаемого сигнала с копией кода ответа метки радиочастотной идентификации;
на фиг.10 - временные диаграммы взаимно корреляционной обработки сигналов, принимаемых приемными модулями.
Как показано на фиг.1-3, метка радиочастотной идентификации 1 (показанная на фиг.4 в виде блока, обозначенного поз.1) содержит приемную антенну 2, приемный блок 3, цифровое логическое устройство 4, передающий блок 5, передающую антенну 6 и источник питания 7 известного вида, например аккумулятор, соединенный с приемным блоком 3, цифровым логическим устройством 4 и передающим блоком 5.
Приемный блок 3 содержит полосовой фильтр 8 сигнала опроса 9, имеющий центральную частоту полосы пропускания, соответствующую центральной частоте сигнала опроса 9, усилитель 10 сигнала опроса 9, демодулятор 11 и ключ 12. По входу полосового фильтра 8 приемный блок 3 соединен с приемной антенной 2. Демодулятор 11 предпочтительно содержит последовательно соединенные усилитель - ограничитель промежуточной частоты, малошумящий демодулятор ЧМ и аналоговый пиковый детектор, используемый для восстановления данных из частотной манипуляции (не показано). Демодулятор такого типа используется в широко применяемых приемниках, например, фирмы Maxim Integrated Products, опыт эксплуатации которых показал высокую эффективность при применении в различных системах дистанционного управления, системах управления бытовой техникой, охранных системах, автомобильных системах и системах управления открытием гаражных ворот.
Как показано на фиг.1, цифровое логическое устройство 4 содержит аналого-цифровой преобразователь 13, предпочтительно одноразрядный, например, на интегральных схемах типа ADC0801, выпускаемых фирмой National Semiconductor, схему 14 совпадения кода метки, тактовый генератор 15, формирователь строба 16, формирователь тактовых импульсов 17. формирователь кода ответа 18 и синтезатор 19 гетеродинных частот.
Аналого-цифровой преобразователь 13 по входам соединен с демодулятором 11 приемного блока 3 и тактовым генератором 15. Схема 14 совпадения кода метки по входам соединена с аналого-цифровым преобразователем 13 и тактовым генератором 15, а по выходу - с формирователем 16 строба. Формирователь 16 строба по одному из двух выходов соединен с одним из входов формирователя 18 кода ответа и управляющим входом ключа 12 приемного блока 3. Формирователь 17 тактовых импульсов по одному из двух входов соединен с другим из упомянутых двух выходом формирователя 16 строба, по другому входу - с выходом усилителя 10 сигнала опроса 9 приемного блока 3, а по выходу - с формирователем 16 строба. формирователем 18 кода ответа и синтезатором 19 гетеродинных частот.
Схема 14 совпадения кода метки, формирователь 17 тактовых импульсов, формирователь 16 строба и формирователь 18 кода ответа могут быть выполнены на программируемых интегральных схемах, например, семейства МАХ 7000 фирмы ALTERA. Синтезатор 19 гетеродинных частот предпочтительно представляет собой интегральный радиочастотный синтезатор частоты с фазовой автоподстройкой частоты, например, серии LMX23xx фирмы National Semiconductor.
На фиг.2 показан пример осуществления метки радиочастотной идентификации 1, выполненной с возможностью формирования сигнала ответа на частоте тревоги. В этом случае объект 20 (фиг.4), координаты которого определяют или который контролируют, помимо метки радиочастотной идентификации 1 снабжают датчиками 21. Цифровое логическое устройство 4 по сравнению с фиг.1 дополнительно содержит схему 22 состояния датчиков, по входу соединенную, например, через размыкатели, с датчиками 21, и ключ 23 включения выхода частоты тревоги синтезатора гетеродинных частот 19. По выходу схема 22 состояния датчиков соединена со схемой 14 совпадения кода метки и одним из двух входов ключа 23 включения выхода частоты тревоги синтезатора 19 гетеродинных частот, соединенного по выходу с другим входом указанного ключа.
На фиг.3 показан пример осуществления метки радиочастотной идентификации 1, которая выполнена с возможностью идентификации сигнала опроса с кодом тревоги и формирования при обнаружении тревоги ответною сигнала заданного вида. В этом случае цифровое логическое устройство 4 по сравнению с фиг.2 дополнительно содержит схему 24 совпадения кода тревоги, построенную, по сути, аналогично схеме 14 совпадения кода метки, и логическую схему «ИЛИ» 25, по входам соединенную со схемой 14 совпадения кода метки и схемой 24 совпадения кода тревоги, а по выходу - с формирователем 16 строба. Схема 24 совпадения кода тревоги, как и схема 14 совпадения кода метки, по входам соединена с аналого-цифровым преобразователем 13, тактовым генератором 15 и схемой 22 состояния датчиков.
Как показано на фиг.1-3, передающий блок 5 содержит модулятор 26, делитель 27 модулированного сигнала, смесители 28, сумматор 29, усилитель 30 сигнала ответа, полосовой фильтр 31 сигнала ответа.
Известно (Черняк B.C. Многопозиционная радиолокация. - М.: Радио и связь. 1993. Стр.212), что амплитуда сигнала с фазовой манипуляцией не несет информации, в связи с чем использование амплитудного ограничителя, как наиболее простого стабилизатора ложных тревог в условиях воздействия наиболее широкого класса аддитивных и мультипликативных помех при взаимно корреляционной обработке, приводит к минимальным потерям обнаружения сигналов при использовании взаимно корреляционной обработки с пространственным разнесением приемников. Для реализации такого преимущества в настоящей заявке тракт обнаружения сигнала ответа метки построен по схеме «фазовая манипуляция сигнала - передача сигнала - распространение до приемников - пространственно-разнесенный прием сигналов - взаимно корреляционное накопление принятых сигналов - пороговое обнаружение», как более подробно будет раскрыто ниже. Поэтому модулятор 26 предпочтительно представляет собой фазовый манипулятор.
Модулятор 26 по одному из двух входов соединен с выходом ключа 12 приемного блока 3, по другому входу - с выходом формирователя 18 кода ответа цифрового логического устройства 4, а по выходу - с делителем 27. Каждый выход делителя 27 соединен с соответствующим смесителем 28. Количество смесителей 28 зависит от заданного числа несущих частот, на которых формируется сигнал ответа. Синтезатор гетеродинных частот 19 цифрового логического устройства 4 по выходам также соединен с входами соответствующих смесителей 28, соединенных по выходам с сумматором 29, который соединен через усилитель 30 сигнала ответа с полосовым фильтром 31 сигнала ответа, который по выходу соединен с передающей антенной 6.
Как показано на фиг.4, система определения координат и контроля объектов содержит метки радиочастотной идентификации 1, предназначенные для установки на каждом из объектов контроля 20, модуль обработки сигналов и управления 32, формирователь 33 сигналов опроса; передающий модуль 34, содержащий передающую антенну 35 и передатчик 36, выход которого подключен к передающей антенне 35; пространственно-разнесенные приемные модули 37 с известными координатами и оконечное оборудование 38.
Несмотря на то, что на фиг.4 показано четыре приемных модуля 37, минимально допустимое количество приемных модулей равно трем для обеспечения определения координат объекта контроля. Для повышения точности определения координат объекта предпочтительно располагать приемные модули 37 на максимальном расстоянии между собой в пределах области определения координат и контроля объектов 20. Каждый из приемных модулей 37 содержит приемную антенну 39 и приемник 40, вход которого подключен к приемной антенне 39. По выходу каждый приемный модуль 37 соединен с модулем обработки сигналов и управления 32 соответствующей линией связи 41. Кроме того, для повышения точности определения координат объекта каждый приемный модуль 37 может быть снабжен контрольной меткой радиочастотной идентификации 1, координаты которой, следовательно, заранее известны.
Оконечное оборудование 38 представляет собой, например, монитор с клавиатурой и манипулятором (не показаны) для ввода и отображения данных при определении координат и контроле объектов.
Как показано на фиг.6, модуль обработки сигналов и управления 32 содержит опорный генератор 42, генератор 43 первой гетеродинной частоты, синтезатор 44 вторых гетеродинных частот, тактовый генератор 45, генератор несущего колебания 46, формирователь 47 стробов, процессор 48 с памятью. преобразовательные модули 49 по числу приемных модулей 37, делитель частоты 50 и цифроаналоговый преобразователь 51, имеющий буферную память. Упомянутый цифроаналоговый преобразователь 51 с буферной памятью может быть реализован, например, на платах типа ГСПФ-053 ЗАО «Руднев-Шиляев».
Опорный генератор 42 по выходу соединен с генератором 43 первой гетеродинной частоты, синтезатором 44 вторых гетеродинных частот, тактовым генератором 45 и генератором несущего колебания 46.
Как показано на фиг.7, преобразовательный модуль 49 содержит смеситель 52, делитель сигнала 53, число выходов которого равно числу частот сигнала ответа метки радиочастотной идентификации 1, фильтры 54 на каждом выходе делителя сигнала 53, при этом каждый из фильтров характеризуется центральной частотой, соответствующей центральной частоте одного из частотных сигналов ответа метки радиочастотной идентификации 1, смесители 55 и многоканальный аналого-цифровой преобразователь 56 с буферной памятью. Такой преобразователь может быть реализован, например, на платах сбора данных типа 16-канальной платы ЛА-н50-12USB ЗАО «Руднев-Шиляев».
Смеситель 52 по входам соединен с линией связи 41 и выходом генератора 43 первой гетеродинной частоты, а по выходу - с делителем сигнала 53.
Каждый из смесителей 55 по входам соединен с выходом соответствующего фильтра 54 и одним из выходов синтезатора 42 вторых гетеродинных частот, а по выходу - с одним из входов многоканального аналого-цифрового преобразователя 56, который по своим входам соединен с первым выходом тактового генератора 45 и выходом формирователя стробов 47. Кроме того, многоканальный аналого-цифровой преобразователь 56 по каналу обмена 57 соединен с процессором 48 с памятью.
Тактовый генератор 45 по своему первому выходу также соединен с первым входом формирователя стробов 47 и через делитель частоты 50 - с цифро-аналоговым преобразователем 51, а по второму выходу - со вторым входом формирователя стробов 47. При этом второй выход формирователя стробов 47 соединен с цифроаналоговым преобразователем 51. Цифроаналоговый преобразователь 51 по каналу обмена 58 соединен с процессором 48 с памятью, который по каналу обмена 59 соединен с оконечным оборудованием 38.
Как показано на фиг.5, формирователь 33 сигналов опроса содержит балансный смеситель 60, генератор сигнала частотного сдвига 61, фильтр верхней гармоники 62, фильтр нижней гармоники 63, инвертор 64, первый ключ 65, второй ключ 66, сумматор 67 и третий ключ 68.
Балансный смеситель 60 по одному входу соединен с выходом генератора несущего колебания 46 модуля обработки сигналов и управления 32, а по другому входу - с выходом генератора сигнала частотного сдвига 61. По выходу балансный смеситель 60 соединен с фильтром верхней гармоники 62 и фильтром нижней гармоники 63, выходы которых через первый ключ 65 и второй ключ 66, соответственно, соединены с сумматором 67, выход которого через третий ключ 68 соединен с передатчиком 36 передающего модуля 34. При этом выход цифроаналогового преобразователя 51 модуля обработки сигналов и управления 32 соединен с первым ключом 65 и через инвертор 64 - со вторым ключом 66, а второй выход формирователя стробов 47 модуля обработки сигналов и управления 32 также соединен с передатчиком 36 передающего модуля 34 через третий ключ 68.
В соответствии с настоящим изобретением определение координат и контроль объекта, снабженного меткой радиочастотной идентификации, осуществляют следующим образом.
В модуле обработки сигналов и управления 32 (фиг.6) опорный генератор 42 формирует опорный сигнал, например, синусоидального типа, из которого генератор 43 первой гетеродинной частоты формирует сигнал первой гетеродинной частоты f1г для смесителя 52 преобразовательного модуля 49, тактовый генератор 45 формирует тактовые импульсы 69 временных отсчетов, а генератор 46 несущего колебания формирует опорный сигнал 70 несущей частоты сигнала опроса. Тактовый генератор 45 формирует также импульсы 71 временных отсчетов начала цикла передачи сигнала опроса и приема сигнала ответа для выбранной метки радиочастотной идентификации 1. Формирователь 47 стробов по поступлении сигнала 71 формирует строб 72 сигнала опроса, длительность которого равна заданному числу п1 периодов следования импульсов 69, и через некоторое заданное число п2 периодов следования импульсов 69 формирует строб 73 сигнала ответа, длительность которого равна заданному числу n3 периодов следования импульсов 69 и достаточна для приема сигнала ответа метки 1 во всем диапазоне возможных временных задержек. Строб 72 сигнала опроса подают на цифроаналоговый преобразователь 51 и на формирователь 33 сигналов опроса (фиг.4). Кроме этого, на цифроаналоговый преобразователь 51 подают тактовый сигнал от делителя частоты 50. Тактовый сигнал делителя частоты 50 получается делением частоты тактового сигнала 69 на заданный коэффициент деления.
1
N
Сигнал генератора 43 первой гетеродинной частоты f1г подают на смесители 52 преобразовательных модулей 49 (фиг.7). Сетку сигналов синтезатора 44 вторых гетеродинных частот f2г…f2г подают на смесители 55 преобразовательных модулей 49 (фиг.7).
В соответствии с программой контроля или по команде оператора с оконечного оборудования 38, например клавиатуры (не показано), процессор 48 выбирает из своей памяти код соответствующей метки радиочастотной идентификации 1 и выдает его в буферную память цифроаналогового преобразователя 51. Синхронно с тактовыми импульсами 69 в пределах строба 72 цифроаналоговый преобразователь 51 формирует сигнал кодовой последовательности 74, содержащий код выбранной метки радиочастотной идентификации 1. Сигнал кодовой последовательности 74 подается на формирователь 33 сигналов опроса.
В формирователе 33 сигналов опроса (фиг.5) опорный сигнал 70 несущей частоты сигнала опроса поступает на вход балансного смесителя 60 от генератора несущего колебания 46 модуля обработки сигналов и управления 32. На другой вход балансного смесителя 60 поступает сигнал от генератора сигнала частотного сдвига 61. Балансный смеситель 60 формирует смесь сигналов с суммарной и разностной частотами входных сигналов. Сигнал с суммарной частотой выделяют фильтром верхней гармоники 62, а сигнал с разностной частотой выделяют фильтром нижней гармоники 63. Инвертор 64 осуществляет перестановку уровней сигнала относительно сигнала кодовой последовательности опроса 74. При этом через ключи 65 и 66 на сумматор 67 поступает сигнал с выхода фильтра верхней гармоники 62 или фильтра нижней гармоники 63 в соответствии с сигналом кодовой последовательности опроса 74. Поступление выходного сигнала 75 сумматора 67 на выход формирователя 33 сигналов опроса осуществляется при открытии ключа 68 стробом 72 сигнала опроса.
Передатчик 36 передающего модуля 34 принимает выходной сигнал 75 от формирователя 33 сигналов опроса, усиливает его, фильтрует и передает на передающую антенну 35.
Приемный блок 3 каждой метки радиочастотной идентификации 1 через приемную антенну 2 принимает сигнал опроса (фиг.1-3). Например, в качестве сигнала опроса 9 приемный блок 3 принимает выходной сигнал 75, содержащий кодовую часть с кодовой последовательностью опроса 74, промодулированную, например, частотной манипуляцией или импульсной последовательностью кода выбранной метки радиочастотной идентификации 1.
Демодулятор 11 преобразует отфильтрованный с помощью полосового фильтра 8 и усиленный усилителем 10 сигнал опроса 9, принятый приемным блоком 3, обратно в сигнал кодовой последовательности 74.
В цифровом логическом устройстве 4 сигнал кодовой последовательности 74 дискретизируется в одноразрядном аналого-цифровом преобразователе 13 по тактовым импульсам тактового генератора 15, предпочтительно с кварцевой стабилизацией частоты. Тактовые импульсы формируются когерентно из синусоидальной составляющей сигнала опроса 9. Полученная последовательность кодовых импульсов по тактовым импульсам тактового генератора 15 поступает в схему 14 совпадения кода метки, где сравнивается с записанным уникальным кодом метки радиочастотной идентификации 1. В момент совпадения полученной последовательности кодовых импульсов с записанным уникальным кодом метки радиочастотной идентификации 1 формируется импульс 76 совпадения кода метки.
1
N
По импульсу 76 формирователь 16 строба формирует передний фронт строба 77. По переднему фронту строба 77 формирователь 17 тактовых импульсов начинает формировать тактовые импульсы 78, синхронизированные с сигналом опроса 9. Синтезатор 19 гетеродинных частот формирует необходимое количество сигналов гетеродинных частот f…f, синхронизированных с тактовыми импульсами 78.
Формирователь 16 строба отсчитывает N1 тактовых импульсов 78 и формирует передний фронт строба 79, отсчитывает N2 тактовых импульсов 78 и формирует задний фронт строба 79, отсчитывает N3 тактовых импульсов 78 и формирует задний фронт строба 77. По заднему фронту строба 77 формирователь 17 тактовых импульсов прекращает формировать тактовые импульсы 78.
По сигналу строба 79 от формирователя 16 строба открывается ключ 12. На временном отрезке, определяемом стробом 79, на модулятор 26 передающего блока 5 поступает синусоидальная часть сигнала опроса 9 в соответствии с фиг. 8 и модулирующий сигнал 80 кода ответа от формирователя 18 кода ответа. Модулятор 26 формирует сигнал ответа с центральной частотой, определяемой частотой сигнала опроса 9. Синтез опорной частоты сигнала ответа из преобразованной в тактовые импульсы формирователя 17 тактовых импульсов синусоидальной части сигнала опроса 9, которая в свою очередь сформирована из сигнала опорного генератора 42 модуля обработки сигналов и управления 32, обеспечивает высокую когерентность сигнала ответа с сигналами генераторов упомянутого модуля 32.
Делитель 27 модулированного сигнала делит сигнал от модулятора 26 и усиливает его до амплитуд, необходимых для работы смесителей 28. Каждый из смесителей 28 формирует сигнал ответа метки радиочастотной идентификации 1 на одной из частот, определяемой частотой выходного сигнала модулятора 26 и одной из выходных частот синтезатора 19 гетеродинных частот, т.е. выходная частота сигнала смесителя 28 представляет собой линейную комбинацию частоты модулированного сигнала и частоты поступающего на него выходного сигнала синтезатора 19 гетеродинных частот. Таким образом, метка радиочастотной идентификации 1 может формировать сигнал ответа заданного вида на нескольких заданных несущих частотах путем модуляции опорного сигнала, представляющего собой сетку заданных несущих колебаний. Сумматор 29 объединяет сигналы смесителей 28 в суммарный сигнал на нескольких частотах, который усиливается усилителем 30 сигнала ответа и после фильтрации полосовым фильтром 31 сигнала ответа подается на передающую антенну 6 в виде сигнала ответа 81.
Несущую частоту сигнала ответа 81 и тактовую частоту модулирующею сигнала 80 предпочтительно восстанавливают из несущей частоты сигнала опроса 9.
По сравнению с использованием автономного генератора несущей частоты операция восстановления несущей частоты сигнала ответа 81 и тактовой частоты модулирующего сигнала 80 минимизирует фазовые колебания несущей частоты сигнала ответа 81 метки радиочастотной идентификации 1 относительно частот опорного сигнала преобразователей частоты, благодаря чему минимизируются потери обнаружения сигналов, вызванные их декорреляцией с опорными сигналами приема-обнаружения.
Каждый из сигналов опроса 9 может дополнительно включать общий для всех объектов код-заголовок и заданный повторяющийся код, в этом случае несущую частоту сигнала ответа 81 восстанавливают из повторяющихся кодов.
В качестве повторяющегося кода можно использовать код метки радиочастотной идентификации 1 конкретного объекта 20.
В варианте выполнения метки радиочастотной идентификации 1, при котором сигнал ответа 81 формируется на одной несущей частоте, синтезатор 19 гетеродинных частот имеет один выход, используется один смеситель 28, делитель 27 и сумматор 29 отсутствуют, сигнал с выхода модулятора 26 подается непосредственно на смеситель 28, а выходной сигнал смесителя 28 подается непосредственно на усилитель 30 сигнала ответа.
В варианте выполнения метки радиочастотной идентификации 1 с возможностью формирования сигнала ответа на частоте ответа тревоги (фиг.2) схема 22 состояния датчиков формирует уровень тревоги при отличии состояния любого подключенного к ней датчика от нормального состояния. При уровне сигнала 82 схемы 22 состояния датчиков, соответствующем тревожному состоянию хотя бы одного из датчиков, открывается ключ 23, и в составе сигнала ответа 81, сформированного вышеописанным образом, формируется также дополнительный сигнал ответа заданного вида на частоте тревоги.
Если по истечении заданного времени ожидания ответа отсутствует сигнал ответа 81, сформированный так, как это было описано в отношении фиг.1, от метки радиочастотной идентификации 1 какого-либо объекта 20 на сигнал опроса 9, то в соответствии с программой контроля или по команде оператора с оконечного оборудования 38 процессор 48 выбирает из своей памяти код тревоги и выдает его в буферную память цифроаналогового преобразователя 51. По аналогии с сигналом опроса 9 формирователь 33 сигналов опроса формирует сигнал опроса 83 (фиг.3) на основании сигнала кодовой последовательности 84, содержащего код тревоги и сформированного цифроаналоговым преобразователем 51. Сигнал опроса 83 может быть аналогичен по виду модуляции сигналу опроса 9 и отличаться от последнего только кодом.
Согласно фиг.3 демодулятор 11 преобразует отфильтрованный с помощью полосового фильтра 8 и усиленный усилителем 10 сигнал опроса 83, принятый приемным блоком 3, обратно в сигнал кодовой последовательности 84. В цифровом логическом устройстве 4 сигнал кодовой последовательности 84, также как и в случае сигнала кодовой последовательности 74, дискретизируется в одноразрядном аналого-цифровом преобразователе 13 по тактовым импульсам тактового генератора 15. Полученная последовательность кодовых импульсов по тактовым импульсам тактового генератора 15 поступает в схему 14 совпадения кода метки и в схему 24 совпадения кода тревоги, где сравнивается, соответственно, с записанным уникальным кодом метки радиочастотной идентификации 1 и с записанным кодом тревоги. Поскольку полученная последовательность кодовых импульсов заведомо отличается от уникального кода метки, то схема 14 совпадения кода метки не формирует импульс совпадения кода метки. В момент совпадения полученной последовательности кодовых импульсов с записанным кодом тревоги при уровне сигнала 82 схемы 22 состояния датчиков, соответствующем тревожному состоянию датчиков, формируется импульс 85 совпадения кода тревоги. Выходы схемы 14 совпадения кода метки и схемы 24 совпадения кода тревоги объединены логической схемой «ИЛИ» 25, поэтому на вход формирователя 16 строба подается выходной сигнал логической схемы «ИЛИ» 25, полученный в результате формирования импульса 76 совпадения кода метки либо импульса 85 совпадения кода тревоги. Дальнейшая обработка сигнала в случае формирования импульса совпадения кода тревоги осуществляется аналогично схеме, показанной на фиг.2.
Прием сигналов ответа 81 для вычисления двух координат меток радиочастотной идентификации 1 осуществляют, по меньшей мере, тремя пространственно разнесенными приемными модулями 37 с известными координатами. Приемник 40 каждого из приемных модулей 37 принимает сигналы ответа 81 меток радиочастотной идентификации 1, усиливает и преобразует принятый сигнал ответа 81 к виду, требуемому для передачи по линии связи 41.
От приемных модулей 37 сигналы ответа 81 метки радиочастотной идентификации 1, поступившие по линиям связи 41, подаются на смесители 52 (фиг.7) преобразовательных модулей 49 (фиг.6) модуля 32 обработки сигналов и управления поста контроля 86, в состав которого также входят формирователь 33 сигналов опроса и оконечное оборудование 38. В смесителях 52 осуществляется преобразование частоты со снижением частоты, например, на первую промежуточную частоту. Сигналы промежуточной частоты поступают на делитель 53, который имеет число выходов, равное числу частот сигналов ответа 81 метки радиочастотной идентификации 1, включая частоту тревоги. С каждого выхода делителя 53 с помощью фильтра 54 с центральной частотой, соответствующей центральной частоте одного из частотных сигналов ответа 81 метки радиочастотной идентификации 1, выделяется сигнал одной частоты ответа. Каждый из выделенных сигналов преобразуется по частоте смесителем 55 со снижением частоты, например, на промежуточную частоту, соответствующую полосе пропускания по входу многоканального аналого-цифрового преобразователя 56, в котором по тактовым импульсам 69 временных отсчетов в течение строба 73 преобразуется во временные отсчеты, положение которых по времени отсчитывается от переднего фронта строба 73 и записывается в буферную память многоканального аналого-цифрового преобразователя 56.
Процессор 48 с памятью считывает выборки принимаемых сигналов из буферной памяти многоканальных аналого-цифровых преобразователей 56 и вычисляет взаимно корреляционные функции (ВКФ) выборок принимаемых сигналов с хранящейся в памяти процессора копией сигнала ответа 81 относительно переднего фронта строба 73 для сигнала каждого приемного модуля 37. По этим задержкам вычисляются относительные задержки максимумов ВКФ между сигналами приемных модулей 37, то есть относительные задержки приема сигнала ответа 81 на разных приемных модулях 37 (гиперболические координаты первого типа). Кроме этого процессор 48 с памятью вычисляет ВКФ между выборками принимаемых разными приемными модулями сигналов, обнаруживает максимумы ВКФ, вычисляет положение максимумов ВКФ на оси задержек (гиперболические координаты второго типа). Гиперболические координаты первого типа, вычисленные для сигналов ответа 81 метки радиочастотной идентификации 1 отдельно по каждой частоте, объединяют предпочтительно с выбором наибольшего по амплитуде максимума ВКФ. По объединенным гиперболическим координатам первого типа разностно-дальномерным методом вычисляют географические координаты метки радиочастотной идентификации 1, ответившей на сигнал опроса. По гиперболическим координатам второго типа для каждой частоты ответа метки радиочастотной идентификации 1 отдельно за вычетом гиперболических координат первого типа разностно-дальномерным методом вычисляют географические координаты сторонних источников радиоизлучений.
При наличии дополнительных пространственно разнесенных приемных модулей дополнительно вычисляют разности относительных задержек сигналов ответа 81 для исключения случайных ошибок на прохождение сигналов опроса при передаче и в метках радиочастотной идентификации 1.
Опрашивание каждой метки радиочастотной идентификации 1 с помощью сигнала опроса с кодом метки или сигнала опроса с кодом тревоги осуществляют в разных интервалах времени. Временное разделение позволяет идентифицировать номер метки радиочастотной идентификации 1 как источника сигнала ответа 81, являющегося одинаковым для всех меток радиочастотной идентификации 1 системы определения координат и контроля объектов, что значительно упрощает обслуживание большого количества объектов 20.
Вычисленные координаты с номером опрошенной метки радиочастотной идентификации 1, а также координаты сторонних источников и координаты меток радиочастотной идентификации 1, ответивших на сигнал опроса с кодом тревоги, передают на оконечное оборудование 38, например на монитор, с помощью которого отображаются предпочтительно на картографическом фоне зоны ответственности системы определения координат и контроля объектов.
Можно дополнительно осуществлять попарную взаимно корреляционную обработку сигналов ответа, принятых каждым пространственно разнесенным приемным модулем 37 с известными координатами, поиск положений максимумов взаимно корреляционных функций на оси задержек и исключение максимумов, соответствующих задержкам подвижных объектов, при этом оставшиеся максимумы полагают соответствующими откликам сторонних источников излучения (фиг.10), координаты которых вычисляют разностно-дальномерным методом.
Можно также дополнительно осуществлять прием сигналов ответа 81 от меток радиочастотной идентификации 1, расположенных на пространственно разнесенных приемных модулях 37 с известными координатами и имеющих заранее установленные относительные разности задержек распространения сигналов ответа 81 до остальных приемных модулей 37, сравнивать эти заранее установленные относительные разности задержек с полученными относительными разностями задержек для меток радиочастотной идентификации 1 объектов 20 и использовать полученные в результате сравнения поправки для более точного определения координат подвижных объектов 20.
С целью повышения надежности определения координат и контроля объектов измеряют характеристики формы пиков взаимно корреляционных функций в пределах от максимального значения до уровня, соответствующего уровню максимальных боковых лепестков взаимно корреляционных функций, по измеренным характеристикам сравнивают пики взаимно корреляционных функций сигналов, принятых одной парой пространственно разнесенных приемных модулей 37 с пиками взаимно корреляционных функций, принятых другой парой пространственно разнесенных приемных модулей 37, и пики взаимно корреляционных функций с наиболее сходными характеристиками считают принадлежащими одному и тому же источнику радиоизлучения, а пики с отличающимися характеристиками считают принадлежащими разным источникам радиоизлучения (фиг.10).
В качестве упомянутой характеристики формы пика взаимно корреляционной функции измеряют ширину пика взаимно корреляционной функции, при этом пределы измерения включают промежуточные уровни.
Промежуточные уровни выбирают в соответствии с последовательностью, представляющей собой убывающую арифметическую прогрессию с шагом, равным 0,1 максимального значения (например, для приемных модулей 37 и для уровней, соответствующих максимальному значению и 0,9 максимального значения (фиг.10).
Высокая помехозащищенность и большая дальность действия канала опроса при выполнении требуемой вероятности правильного приема каждого кодового импульса, соответствующего коду метки или коду тревоги, достигается за счет уменьшения полосы спектра сигнала опроса путем увеличения длительности кодовых импульсов либо за счет замены каждого из кодовых импульсов одинаковой кодовой посылкой и обеспечением накопления таких кодовых посылок в метке радиочастотной идентификации. Высокая помехозащищенность и большая дальность действия канала ответа при выполнении требуемой точности определения относительных задержек распространения сигналов ответа метки радиочастотной идентификации до приемников системы определения координат и контроля объектов достигается за счет увеличения длины кода ответа и соответственно коэффициента накопления сигнала при сохранении длительности кодовых импульсов ответа и, соответственно, ширины полосы спектра сигнала, которая определяет точность измерения положения максимума корреляционной функции на оси относительных задержек приемного сигнала и сохраненной копии сигнала.