СПОСОБ ИДЕНТИФИКАЦИИ СУБЪЕКТА НА ОБСЛУЖИВАЕМОМ ОБЪЕКТЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF IDENTIFYING SUBJECT ON SERVICED OBJECT AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Предлагаемые способ и устройство относятся к методам защиты объектов от доступа посторонних лиц и регистрации штатного персонала, обслуживающего объекты, а именно к способам идентификации, позволяющие регистрировать субъекты, получившие доступ на объекты, а также регистрировать отпирание замков на объектах посторонними субъектами.
Известны способы и устройства защиты объектов от несанкционированного доступа (патенты РФ №№2.091.553, 2.223.376, 2.236.527, 2.283.412, 2.299.962, 2.299.298, 2.317.387, 2.384.683, 2.434.108; патенты США №№4.000.475, 4.042.970, 4.333.090, 4.743.898, 5.534.852; патенты Великобритании №№1.453.298, 2.261.254; патенты Франции №№2.197.406, 2.687.240; Дикарев В.И., Заренков В.А., Заренков Д.В., Койнаш Б.В. Защита объектов и информации от несанкционированного доступа. СПб, ОАО "Из-во Стройиздат СПб", 2004 и другие).
Из известных способов и устройств наиболее близкими к предлагаемым является "Способ идентификации субъекта на обслуживаемом объекте" и устройство для его осуществления (патент РФ №2.434.108, Е05В 39/00, 2010), которые и выбраны в качестве прототипов.
Известный способ включает сближение или соприкосновение устройства санкционированного доступа, размещенного на объекте, и интеллектуального ключа, считывающего информацию с указанного устройства. Устройством санкционированного доступа на объект служит идентификатор с индивидуальным кодом, включающий встроенную микросхему и работающий в режиме "запрос-ответ". "Интеллектуальный ключ" выполнен на базе GSM-модема с SIM-картой и индивидуальным номером и содержит считыватель с микроконтроллером, выполненным с возможностью считывания индивидуального номера SIM-карты и индивидуального кода идентификатора. Способ также включает передачу указанных кодов в виде контрольной кодовой информации в диспетчерский центр, принимающий решение о достоверности или недостоверности полученной информации, при этом в первом случае субъект получает световой сигнал на светодиод интеллектуального ключа, а во втором - процесс идентификации повторяют. Способ позволяет осуществить контроль за работой субъекта в режиме реального времени.
Традиционно доступ субъекта на обслуживаемый объект осуществляется по принципу работы домофонов в подъезде многоквартирного дома, когда субъект с помощью интеллектуального ключа с кодом доступа открывает электронный замок, считывающий этот код с ключа. Однако в случае, когда один субъект должен получать доступ на множество объектов, данный принцип является экономически невыгодным из-за высокой стоимости электронного замка.
Следовательно, недостатком известных технических решений является невозможность одновременного доступа одного субъекта на несколько объектов, находящихся в зоне радиозондирования. В противном случае при одновременном доступе к нескольким объектам ответные сигналы от них придут одновременно и кодовые последовательности наложатся друг на друга, делая невозможным независимое считывание индивидуального кода каждого объекта.
Технической задачей изобретения является повышение достоверности считывания индивидуальных кодов одновременно с нескольких объектов, находящихся в зоне радиозондирования, путем последовательного во времени их радиозапроса.
1
1
1
2
1
2
2
2
3
2
3
3
1
зi
зi
Поставленная задача решается тем, что способ идентификации субъекта на обслуживаемом объекте, основанный, в соответствии с ближайшим аналогом, на сближении или соприкосновении устройства санкционированного доступа, размещенного на объекте, и интеллектуального ключа, считывающего информацию с указанного устройства, причем устройством санкционированного доступа на объект служит идентификатор с индивидуальным кодом, работающим в режиме "запрос-ответ", а интеллектуальный ключ выполнен на базе GSM-модема с SIM-картой и индивидуальным номером, содержит микроконтроллер, выполненный с возможностью считывания индивидуального номера SIM-карты и индивидуального кода идентификатора, а также передачи указанных кодов в виде контрольной кодовой информации в диспетчерский центр, принимающий решение о достоверности или недостоверности полученной информации, при этом в первом случае субъект получает световой сигнал на светодиод интеллектуального ключа, во втором - процесс идентификации повторяют, идентификатор с индивидуальным кодом выполняют в виде пьезокристалла с нанесенным на его поверхность тонкопленочным алюминиевым встречно-штыревым преобразователем, содержащим две гребенчатые системы электродов, соединенные между собой шинами, набор отражателей и микрополосковую антенну, формируют высокочастотное зондирующее колебание на несущей частоте ω облучают им идентификатор, улавливают высокочастотное зондирующее колебание микрополосковой антенной идентификатора, преобразуют его в акустическую волну, обеспечивают ее распространение по поверхности пьезокристалла и обратное отражение, преобразуют отраженную акустическую волну в электромагнитный сигнал с фазовой манипуляцией, внутренняя структура которого определяется структурой встречно-штыревого преобразователя и соответствует индивидуальному коду, излучают его в эфир на частоте ω, улавливают приемопередающей антенной считывателя, осуществляют синхронное детектирование электромагнитного сигнала с фазовой манипуляцией с использованием высокочастотного зондирующего колебания на частоте ω, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное индивидуальному коду, и направляют его в микроконтроллер, с помощью которого формируют контрольную кодовою информацию, удваивают фазу высокочастотного зондирующего колебания, выделяют гармоническое колебание с частотой ω=2ω, манипулируют его по фазе контрольной кодовой информацией, формируя тем самым сложный сигнал с фазовой манипуляцией, излучают его в эфир на частотах ω, улавливают приемопередающей антенной диспетчерского центра, осуществляют синхронное детектирование сложного сигнала с фазовой манипуляцией с использованием гармонического колебания на частотах ω в качестве опорного напряжения, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное контрольной кодовой информации, проверяют его с помощью компьютера на достоверность, если контрольная кодовая информация является достоверной, то расшифровывают полученную информацию с указанием наименования объекта и личности субъекта, получающего доступ, формируют его индивидуальный код, удваивают фазу гармонического колебания на частоте ω, выделяют гармоническое колебание с частотой ω=2ω, манипулируют его по фазе индивидуальным кодом субъекта, формируя тем сложный сигнал с фазовой манипуляцией, излучают его в эфир на частоте ω, улавливают приемопередающей антенной интеллектуального ключа, осуществляют синхронное детектирование сложного сигнала с фазовой манипуляцией с использованием гармонического колебания на частоте ω в качестве опорного напряжения, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное индивидуальному коду субъекта, и направляют его в микроконтроллер, отличающийся от ближайшего аналога тем, что в считывателе интеллектуального ключа формируют n запросных радиоимпульсов, где n больше или равно количеству объектов, находящихся одновременно в зоне радиооблучения, в каждый заданный интервал времени Δt, достаточный для считывания индивидуального кода с каждого идентификатора, излучают зондирующее колебание на несущей частоте ω и один из запросных радиоимпульсов на частоте ω, где i=1, 2, …, n, каждый идентификатор снабжают блоком доступности к встречно-штыревому преобразователю, настроенному на частоту ω одного из запросных радиоимпульсов, и последовательно во времени осуществляют считывание индивидуальных кодов всех идентификаторов, находящихся в зоне радиооблучения.
Поставленная задача решается тем, что устройство идентификации субъекта на обслуживаемом объекте, содержащее, в соответствии с ближайшим аналогом, идентификатор, размещенный на объекте, индивидуальный ключ, которым снабжают субъект и диспетчерский центр, или этот идентификатор выполнен в виде приемопередающей антенны и пьезокристалла с нанесенным на его поверхность тонкопленочным алюминиевым встречно-штыревым преобразователем, содержащим две гребенчатые системы электродов, соединенные между собой шинами, и набор отражателей, интеллектуальный ключ содержит последовательно включенные задающий генератор, первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, первый узкополосный фильтр, фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с вторым выходом микроконтроллера, усилитель мощности, дуплексер, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, первый полосовой фильтр, первый фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, микроконтроллер и светодиод, последовательно подключенные к выходу первого узкополосного фильтра, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого узкополосного фильтра, второй узкополосной фильтр и второй фазовый детектор, второй вход которого через второй полосовой фильтр соединен с выходом дуплексера, а выход подключен к входу микроконтроллера, диспетчерский центр содержит последовательно включенные задающий генератор, перемножитель, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, узкополосный фильтр, фазовый манипулятор, усилитель мощности, дуплексер, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, полосовой фильтр, фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, и компьютер, выход которого соединен со вторым входом фазового манипулятора, отличается от ближайшего аналога тем, что идентификаторы снабжены n блоками доступности к встречно-штыревому преобразователю, где n больше или равно количеству объектов, находящихся в зоне радиооблучения, каждый блок доступности к встречно-штыревому преобразователю состоит из последовательно подключенных к приемопередающей антенне узкополосного фильтра, амплитудного детектора и двух ключей, включенных между приемопередающей антенной и шинами встречно-штыревого преобразователя соответственно, интеллектуальный ключ снабжен синхронизатором, синтезатором несущих частот и логическим элементом И, причем к третьему выходу микроконтроллера последовательно подключены синхронизатор, задающий генератор и логический элемент И, второй вход которого через синтезатор несущих частот соединен с вторым выходом синхронизатора, а выход подключен к второму входу дуплексера, третий вход которого соединен с третьим выходом синхронизатора.
Структурные схемы идентификаторов представлены на Фиг. 1. Структурная схема интеллектуального ключа изображена на Фиг. 2. Структурная схема диспетчерского центра показана на Фиг. 3.
Каждый идентификатор выполнен в виде пьезокристалла 1.i с нанесенным на его поверхность тонкопленочным алюминиевым встречно-штыревым преобразователем (ВШП), содержащим две гребенчатые системы электродов 9.i, соединенные между собой шинами 10.i и 11.i, и набор 12.1 отражателей, а также блока 36.i доступности к ВШП, состоящему из последовательно подключенных к приемопередающей антенне 8.i узкоплолосного фильтра 37.i, амплитудного детектора 38.i и двух ключей 39.i и 40.i, включенных между приемо-передающей антенной 8.i и шинами 10.i и 11.i ВШП соответственно.
Интеллектуальный ключ 2 содержит считыватель 3, микроконтроллер 4, приемопередатчик 5 и светодиод 6. Считыватель 3 содержит последовательно включенные синхронизатор 41, задающий генератор 13, логический элемент И 43, второй вход которого через синтезатор 42 несущих частот соединен с вторым выходом синхронизатора 41, вход-выход связан с приемопередающей антенной 15, первый полосовой фильтр 16, первый фазовый детектор 17, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 13, контроллер 4 и светодиод 6. К входу задающего генератора 13 последовательно подключены первый перемножитель 18, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 17, первый узкополосный фильтр 19, фазовый манипулятор 20, второй вход которого соединен со вторым выходом микроконтроллера 4, и усилитель 21 мощности, выход которого соединен с третьим входом дуплексера 14. К выходу первого узкополосного фильтра 19 последовательно подключены второй перемножитель 23, второй вход которого соединен с выходом первого узкополосного фильтра 19, второй узкополосный фильтр 24 и второй фазовый детектор 25, второй вход которого через второй полосовой фильтр 22 соединен с выходом дуплексера 14, а выход подключен к второму входу микроконтроллера 4, третий выход которого подключен к входу синхронизатора 41.
Диспетчерский центр 7 содержит последовательно включенные задающий генератор 30, перемножитель 32, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 30, узкополосный фильтр 33, фазовый манипулятор 34, усилитель 35 мощности, дуплексер 27, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной 26, полосовой фильтр 28, фазовый детектор 29, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 30, и компьютер 31, выход которого соединен с вторым входом фазового манипулятора 34.
Предлагаемый способ реализуется следующим образом.
На объектах закрепляют идентификаторы 1.i с индивидуальным кодом на каждом объекте (i=1, 2, …, n, n-количество объектов, находящихся в зоне радиооблучения). Каждый идентификатор представляет собой пьезокристалл с нанесенным на его поверхность тонкопленочным алюминиевым встречно-штыревым преобразователем (ВШП) поверхность акустических волн (ПАВ), который состоит из двух гребенчатых систем электродов 9.i, соединенных между собой шинами 10.i и 11.i, набора 12.i отражателей, а также блок 36.i доступности к ВШП, который состоит из последовательно подключенных к приемопередающей антенне 8.i узкополосного фильтра 37.i, амплитудного детектора 38.i и двух ключей 39.i и 40.i, включенных между приемопередающей антенной 8.i и шинами 10.i и 11.i ВШП соответственно.
Принцип работы встречно-штыревого преобразователя ПАВ основан на том, что переменные в пространстве и времени электрические поля, создаваемые в пьезоэлектрическом кристалле системой электродов 9.i, вызывают упругие деформации, которые распространяются в кристалле в виде ПАВ.
Субъект - лицо, обслуживающее объекты, имеет в руках интеллектуальный ключ 2 и в необходимый момент включает его. При этом микроконтроллером 4 и синхронизатором 41 включаются задающий генератор 17 и синтезатор 42 несущих частот. Задающим генератором 13 формируется высокочастотное колебание (считывающий радиоимпульс)
1
1
1
1
1
U(t)=V⋅cos(ωt+ϕ), 0≤t≤T
Синтезатором 42 несущих частот формируются запросные радиоимпульсы:
з1
з1
з1
з1
U(t)=V⋅cos(ωt+ϕ),
з2
з2
з2
з2
U(t)=V⋅cos(ωt+ϕ),
зi
зi
зi
зi
U(t)=V⋅cos(ωt+ϕ),
зn
зn
зn
зn
U(t)=V⋅cos(ωt+9), 0≤t≤Tn
где Tn - длительность запросных радиоимпульсов;
n - количество объектов, находящихся в зоне радиооблучения.
1
з1
з1
з1
1
Считывающий радиоимпульс U(t) и первый запросный радиоимпульс U(t) через логический элемент И 43 и дуплексер 14 поступают в приемопередающую антенну 15 и излучаются ею в эфир. Первый запросный радиоимпульс U(t) выделяется первым узкополосным фильтром 37.1, настроенным на частоту ω, и детектируется первым амплитудным детектором 38.1. Продетектированное напряжение поступает на управляющие входы ключей 39.1 и 40.1, открывая их. В исходном состоянии ключи 39.1 и 40.1 всегда закрыты. При этом считывающий радиоимпульс U(t) с выхода приемопередающей антенны 8.1 через открытые ключи 39.1 и 40.1 поступает на пьезокристалл 9.1 с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным ВШП.
1
Принимаемый считывающий радиоимпульс U(t) преобразуется ВШП в акустическую волну, которая распространяется по поверхности пьезокристалла 9.1, отражается от набора отражателей 12.1 и опять преобразуется ВШП в электромагнитный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМН).
2
2
1
к1
1
1
U(t)=V⋅cos(ωt+ϕ(t)+ϕ), 0≤t≤T
к1
1
где ϕ(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображая закон фазовой манипуляции в соответствии с топологией встречно-штыревого преобразователя M(t), который определяет индивидульный код объекта.
1
В качестве примера на Фиг. 1 показан фрагмент индивидуального кода объекта M(t)={101101001}.
2
Сформированный ФМН-сигнал U(t) излучается микрополосковой приемопередающей антенной 8 в эфир, улавливается приемопередающей антенной 15 интеллектуального ключа 2 и через дуплексер 14 поступает на вход полосовых фильтров 16 и 22.
н1
1
Частота настройки ω полосового фильтра 16 выбрана равной ω.
н1
1
ω=ω
н2
3
Частота настройки ω полосового фильтра 22 выбрана равной ω.
н2
3
ω=ω
2
1
Поэтому ФМН-сигнал U(t) выделяется полосовым фильтром 16 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 17, на второй (опорный) вход которого подается высокочастотное зондирующее колебание U(t) с выхода задающего генератора 13. В результате синхронного детектирования на выходе фазового детектора 17 образуется низкочастотное напряжение
H1
H1
к1
1
U(t)=V⋅cosϕ(t), 0≤t≤T
где
1
пропорциональное индивидуальному коду M(t) объекта.
Это напряжение поступает в микроконтроллер 4.
Σ
1
2
Микроконтроллер 4 формирует цифровую кодовою информацию M(t), включающую индивидуальный код M(t) объекта и индивидуальный номер M(t) SIM-карты ключа 2
Σ
1
2
M(t)=M(t)+M(t),
которая поступает на первый вход фазового манипулятора 20.
1
Высокочастотное зондирующее колебание U(t) с выхода задающего генератора 13 одновременно поступает на два входа перемножителя 18, на выходе которого образуется гармоническое колебание
3
3
2
2
1
U(t)=V⋅cos(ωt+φ), 0≤t≤T
2
1
2
1
где ; ω=2ω; φ=2φ,
которое выделяется узкополосным фильтром 19 и подается на второй вход фазового манипулятора 20. На выходе последнего формируется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМН)
4
4
2
к2
2
1
U(t)=V⋅cos(ωt+ϕ(t)+ϕ), 0≤t≤T
к2
Σ1
2
где ϕ(t)={0, π} - манипулирующая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с суммарным модулирующим кодом M(t), который через усилитель 21 мощности и дуплексер 14 поступает в приемопередающую антенну 15, излучается ею в эфир на частоте ω, улавливается приемопередающей антенной 26 диспетчерского центра 7 и через дуплексер 27 и полосовой фильтр 28 поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 29. На второй (опорный) вход фазового детектора 29 подается гармоническое колебание с выхода задающего генератора 30
5
5
2
2
2
U(t)=V⋅cos(ωt+φ), 0≤t≤T.
В результате синхронного детектирования на выходе фазового детектора 29 образуется низкочастотное напряжение
H2
H2
к2
2
U(t)=V⋅cosφ(t), 0≤t≤T.
где ,
Σ1
пропорциональное суммарному модулирующему коду M(t),
которое поступает в компьютер 31. Персональный компьютер 31 диспетчерского центра 7 проверяет полученную информацию на достоверность. Если информация является достоверной, персональный компьютер 31 расшифровывает полученную информацию, отображает диспетчеру наименование объекта и личность субъекта, получающего доступ, формирует модулирующий код
Σ1
1
2
M(t)=M(t)+M(t),
который подается на первый вход фазового манипулятора 34.
5
Гармоническое колебание U(t) с выхода задающего генератора 30 одновременно поступает на два входа перемножителя 32, на выходе которого образуется гармоническое колебание
6
6
3
3
2
U(t)=V⋅cos(ωt+φ), 0≤t≤T,
3
2
3
2
где ; ω=2ω; φ=2φ.
Это колебание выделяется узкополосным фильтром 33 и подается на второй вход фазового манипулятора 34. На выходе фазового манипулятора 34 формируется сложный ФМН-сигнал
7
7
3
К3
3
2
U(t)=V⋅cos[ωt+φ(t)+φ], 0≤t≤T,
К3
Σ1
3
7
где φ(t)={0, π} - манипулирующая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t), который через усилитель 35 мощности и дуплексер 27 поступает в приемопередающую антенну 26, излучается ею в эфир на частоте ω, улавливается приемопередающей антенной 15 интеллектуального ключа 2 и через дуплексер 14 поступает на выходы полосовых фильтров 16 и 22. ФМН-сигнал U(t) выделяется полосовым фильтром 22 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 25.
3
Гармоническое колебание U(t), с выхода узкополосного фильтра 19 одновременно поступает на два входа перемножителя 23, на выходе которого образуется гармоническое колебание
8
8
3
3
2
U(t)=V⋅cos[ωt+φ], 0≤t≤T,
3
2
3
2
где ; ω=2ω; φ=2φ,
которое выделяется узкополосным фильтром 24 и подается на второй (опорный) вход фазового детектора 25. В результате синхронного детектирования на выходе фазового детектора 25 образуется низкочастотное напряжение
н3
н3
к3
2
U(t)=V⋅cosφ(t), 0≤t≤T,
где ,
Σ1
пропорциональное модулирующему коду M(t), которое поступает в микроконтроллер 4. Если доступ на объект является санкционированным, то микроконтроллер 4 зажигает светодиод 6.
зi
n
1
1
Узкополосные фильтры 37.i всех блоков 36.i доступности к ВШП настроены на частоты ω запросных радиоимпульсов (i=1, 2, …, n). Длительность Т каждого запросного радиоимпульса выбирается такой, чтобы сформированная считывающим радиоимпульсом U(t) кодовая последовательность M(t) успела бы поступить полностью на интеллектуальный ключ 2.
1
з1
При излучении считывающего радиоимпульса U(t) и первого запросного радиоимпульса U(t) дуплексер 14 командой с третьего выхода синхронизатора 41 устанавливается в режим передачи. После передачи указанных радиоимпульсов через время Δt дуплексер 14 по команде с третьего выхода синхронизатора 41 переводится в режим приема.
1
з2
з2
При поступлении первой кодовой последовательности M(t) на первый вход микроконтроллера 4. Последний через синхронизатор 41 выдает команду на синтезатор 42 несущих частот, который формирует второй запросный радиоимпульс U(t). В этом случае запросный радиоимпульс U(t) выделяется узкополосным фильтром 37.2 второго блока 36.2 доступности к ВШП. Далее все происходит, как в предыдущем случае, и так до тех пор, пока не будут считаны все объекты, находящиеся в зоне радиооблучения.
1
2
1
3
2
Отличительной особенностью идентификационной метки являются малые размеры и отсутствие источника электропитания. Использование трех частот ω, ω=2ω, ω=2ω обеспечивает частотную развязку между объектами, идентификаторами, интеллектуальными ключами и диспетчерским центром, участвующим в обмене информации.
Сложные ФМН-сигналы обладают высокой энергетической и структурной скрытностью.
Энергетическая скрытность сложных ФМН-сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени или по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого сложный ФМН-сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами и помехами. Причем энергия ФМН-сигнала отнюдь не мала, она просто распределена в 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 изменения значений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку сложных ФМН-сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемного устройства.
Сложные ФМН-сигналы позволяют применять новый вид селекции - структурную селекцию. Это значит, что появляется новая возможность выделять эти сигналы среди других сигналов и помех, действующих в той же полосе частот и в те же промежутки времени.
з1
Таким образом, предлагаемые способ и устройство по сравнению с прототипами и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивают повышение достоверности считывания индивидуальных кодов одновременно с нескольких объектов, находящихся в зоне радиооблучения. Это достигается использованием запросных радиоимпульсов U(t) и блоков 36.i доступности к встречно-штыревым преобразователям (ВШП) (i=1, 2, …, n), которые позволяют последовательно во времени опрашивать все объекты, находящиеся в зоне радиооблучения. В этом случае можно организовать прием отраженных от различных объектов сигналов в различные моменты времени.
При этом кодовые последовательности от различных объектов не наложатся друг на друга и будет считан индивидуальный код каждого объекта, находящегося в поле радиооблучения.