ТЕРРИТОРИАЛЬНАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ДВИЖЕНИЯ СПЕЦИАЛЬНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
TERRITORIAL SYSTEM FOR CONTROLLING MOVEMENT OF SPECIAL-PURPOSE VEHICLES

Изобретение относится к области идентификации транспортных средств и может быть использовано в системах контроля движения специальных транспортных средств.
К специальным транспортным средствам можно отнести городской наземный транспорт (автобусы, троллейбусы и трамваи), мусоровозы, обеспечивающие вывоз бытового и промышленного мусора на специальные свалки или места их переработки, инкассаторские машины, обеспечивающие перевоз денежных средств из банка различным организациям и из торговых организаций в банк, специально оборудованные машины для перевозки музейных ценностей, боеприпасов, взрывчатых веществ и другие.
Например, контроль за городским транспортом предусматривает выполнение регламентированного графика движения по заданному маршруту, исключая возможность «левых» рейсов и освобождение от мусора на несанкционированных свалках, контроль за инкассаторскими машинами исключает возможность похищения денежных средств как преступными элементами, так и сотрудниками инкассаторской службы.
Известны способы и устройства контроля движения транспортных средств (авт.св. СССР №№864318, 924735, 966714, 1117672, 1363126, 1650018, 1693622, 1730648, 1751795, 1755310, 1764070; патенты РФ №№2006394, 2011575, 2032220, 2032227, 2033353, 2042548, 2057334, 2058906, 2061323, 2173889, 2209145, 2248896, 2254245, 2302953, 2312399, 2403623, 2417909; патенты США №№3636560, 3713126, 4023163, 4742338, 4751488; патенты Германии №№2536949, 2616603, 2700690; патент Великобритании №1267040; патенты Франции №№2199151, 2415840; Дикарев В.И., Журкович А.В., Рыбкин Л.В., Сергеева В.Г. Защита транспортных средств и грузов от угона и краж./ Под ред. д.т.н. В.В. Журковича. - СПб.: Из-во «Гуманистика», 2004, с.103-240 и другие).
Из известных способов и устройств наиболее близкой к предлагаемой является территориальная система контроля транспортировки особо важных и опасных грузов (патент РФ №2403623, G08B 25/10, 2009), которая и выбрана в качестве базового объекта.
2
Известная система обеспечивает дистанционную регистрацию на пунктах управления факта и времени прохождения специальных транспортных средств, перевозящих особо важные и опасные грузы, через контрольные посты. При этом специальные транспортные средства снабжаются идентификационными ПАВ-метками, а контрольные посты - сканирующими устройствами, способными в автоматическом режиме передавать по радиоканалу на частоте ω дискретную информацию, содержащую сведения о идентификационном номере специального транспортного средства и времени его прохождения через данный контрольный пост, причем указанная дискретная информация также носит конфиденциальный характер и имеет три уровня защиты: криптографический, энергетический и структурный.
Однако известная система не обеспечивает возможности для контроля за выполнением регламентированного графика движения специальных транспортных средств по заданному маршруту, а также не предотвращает несанкционированной смены их номерного знака.
Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей системы путем контроля за выполнением регламентированного графика движения специальных транспортных средств по заданному маршруту, а также предотвращения несанкционированной смены их номерного знака.
Г1
Г2
пр1
Г1
Г2
пр1
Поставленная задача решается тем, что территориальная система контроля движения специальных транспортных средств, содержащая в соответствии с ближайшим аналогом на каждом специальном транспортном средстве последовательно связанные радиостанцию, абонентское устройство кодирования и устройство регистрации, а также датчик координатной информации, датчики характера груза и специальные датчики, подключенные к абонентскому устройству кодирования, на пункте управления последовательно связанные радиостанцию, первый процессор и рабочее место оператора, к выходу первого процессора последовательно подключены блок сравнения, устройство кодирования, рабочее место оператора и второй процессор, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения, при этом радиостанции специальных транспортных средств и пункта управления связаны между собой радиоканалами, каждая радиостанция содержит последовательно включенные генератор высокой частоты, фазовый манипулятор, третий смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, усилитель второй промежуточной частоты, усилитель мощности, дуплексер, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, первый смеситель, второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина, первый усилитель первой промежуточной частоты, сумматор, первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом дуплексера, узкополосный фильтр, амплитудный детектор, ключ, второй вход которого соединен с выходом сумматора, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, полосовой фильтр и фазовый детектор, второй вход которого соединен с вторым выходом первого гетеродина, последовательно подключенные к второму выходу первого гетеродина первый фазовращатель на 90°, второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом дуплексера, второй усилитель первой промежуточной частоты и второй фазовращатель на 90°, выход которого соединен с входом сумматора, второй вход фазового манипулятора радиостанции, размещенной на пункте управления, соединен с первым процессором, а выход фазового детектора подключен к первому процессору, второй вход фазового манипулятора радиостанции, размещенной на каждом специальном транспортном средстве, соединен с абонентским устройством кодирования, а выход фазового детектора подключен к абонентскому устройству кодирования, частоты ω и ω гетеродинов разнесены на значение первой промежуточной частоты ω:ω-ω=ω, радиостанция, размещенная на пункте управления, выполнена с возможностью излучения сложных сигналов с фазовой манипуляцией на частоте
1
Г1
пр2
ω=ω=ω,
пр2
где ω - вторая промежуточная частота,
2
Г2
пр3
а прием - на частоте ω=ω=ω,
пр3
где ω - третья промежуточная частота,
2
1
а радиостанция, размещенная на каждом транспортном средстве, выполнена с возможностью излучения сложных сигналов с фазовой манипуляцией на частоте ω, а прием - на частоте ω, идентификационные метки, размещенные на транспортных средствах, и сканирующие устройства, установленные на контрольных постах, через которые следуют специальные транспортные средства, перевозящие особо важные и опасные грузы, причем каждая идентификационная метка выполнена в виде пьезокристалла с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем, связанным с микрополосковой приемопередающей антенной, и набором отражателей, при этом встречно-штыревой преобразователь содержит две гребенчатые системы электродов, электроды каждой из гребенок соединены друг с другом шинами, связанными с микрополосковой приемопередающей антенной, каждое сканирующее устройство выполнено в виде последовательно включенных генератора высокой частоты, усилителя мощности, дуплексера, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, усилителя высокой частоты, фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом генератора высокой частоты, и компьютера, последовательно включенных гетеродина, смесителя, второй вход которого соединен с выходом генератора высокой частоты, усилителя третьей промежуточной частоты, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с компьютером, усилителя мощности и приемопередающей антенны, отличается от ближайшего аналога тем, что она снабжена идентификационными метками, размещенными в контрольных точках по заданному маршруту движения специальных транспортных средств, и сканирующими устройствами, размещенными на специальных транспортных средствах, при этом каждое сканирующее устройство выполнено в виде последовательно включенных генератора высокой частоты, первого усилителя мощности, перемножителя, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя мощности, узкополосного фильтра, второго усилителя мощности, дуплексера, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, первого полосового фильтра, третьего фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя мощности, блока сравнения кодов, второй вход которого соединен с выходом блока памяти, а выход является выходом сканирующего устройства, последовательно подключенных к выходу дуплексера второго полосового фильтра, второго фазового детектора и блока регистрации, второй вход которого соединен с выходом таймера.
Структурная схема предлагаемой системы представлена на фиг.1. Структурная схема радиостанции пункта управления представлена на фиг.2. Структурная схема радиостанции специального транспортного средства представлена на фиг.3. Частотная диаграмма, поясняющая преобразование сигналов по частоте, изображена на фиг.4. Электрические схемы идентификационных меток показаны на фиг.5 и 8. Структурные схемы сканирующих устройств представлены на фиг.6 и 9. Временные диаграммы, поясняющие работу сканирующего устройства 45.1, показана на фиг.7.
Оборудование 1.i, размещенное на каждом специальном транспортном средстве, содержит последовательно связанные радиостанцию 5.i с приемопередающей антенной 6.i, абонентское устройство 3.i кодирования и устройство 4.i регистрации (i=1, 2, …, n), а также датчик 2.1 координатной информации, датчик 2.2 характера груза и специальные датчики 2.3, подключенные к абонентскому устройству 3.i кодирования, а также считывающее устройство 58.i, связанное с приемопередающей антенной 6.i.
Оборудование, размещенное на пункте управления 7, содержит последовательно связанные радиостанцию 9 с приемопередающей антенной 8, первый процессор 10 и рабочее место 13 оператора, к выходу первого процессора 10 последовательно подключены блок 11 сравнения, устройство 12 кодирования, рабочее место 13 оператора и второй процессор 14, выход которого соединен с вторым входом блока 11 сравнения.
Каждая радиостанция 9 (5.1) содержит последовательно включенные генератор 15 (15.1) высокой частоты, фазовый манипулятор 16 (16.1), третий смеситель 33 (33.1), второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 32 (32.1), усилитель 34 (34.1) второй промежуточной частоты, усилитель 17 (17.1) мощности, дуплексер 18 (18.1), вход-выход которого связан с приемопередающей антенной 21 (21.1), второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина 19 (19.1), первый усилитель 23 (23.1) первой промежуточной частоты, сумматор 26 (26.1), первый перемножитель 27 (27.1), второй вход которого соединен с выходом дуплексера 18 (18.1), узкополосный фильтр 28 (28.1), амплитудный детектор 29 (29.1), ключ 30 (30.1), второй вход которого соединен с выходом сумматора 28 (28.1), второй перемножитель 35 (35.1), второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 32 (32.1), полосовой фильтр 36 (36.1) и фазовый детектор 37 (37.1), второй вход которого соединен с вторым выходом первого гетеродина 19 (19.1), причем второй вход фазового манипулятора 16 радиостанции, размещенной на пункте 7 управления, соединен с первым процессором 10, а выход фазового детектора 37 подключен к первому процессору 10, второй вход фазового манипулятора 16.1 радиостанции, размещенной на каждом специальном транспортном средстве, соединен с абонентским устройством 3.1 кодирования, а выход фазового детектора 37.1 подключен к абонентскому устройству 3.1 кодирования.
Первый гетеродин 19 (19.1), фазовращатели 20 (20.1) и 25 (25.1) на 90°, смесители 21 (21.1) и 22 (22.1), усилители 23 (23.1) и 24 (24.1) первой промежуточной частоты, сумматор 26 (26.1), перемножитель 27 (27.1), узкополосный фильтр 28 (28.1), амплитудный детектор 29 (29.1) и ключ 30 (30.1) образуют универсальный преобразователь 31 (31.1) частоты.
Г1
Г2
пр1
Частоты ω и ω гетеродинов 19 (19.1) и 32 (32.1) разнесены на значение первой промежуточной частоты ω
Г1
Г2
пр1
ω-ω=ω.
Радиостанция 9, размещенная на пункте управления 7 управления, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частоте
Г1
Г1
пр2
ω=ω=ω,
пр2
где ω - вторая промежуточная частота,
а принимает на частоте
1
Г2
пр3
ω=ω=ω,
пр3
где ω - третья промежуточная частота,
2
1
а радиостанция 5.1, размещенная на каждом специальном транспортном средстве, наоборот, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частоте ω, а принимает на частоте ω (фиг.4).
Идентификационная метка 38.1 выполнена в виде пьезокристалла 39.i с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем, связанным с микрополосковой приемопередающей антенной 40.i, и набором отражателей 44.i. Встречно-штыревой преобразователь поверхностных акустических волн (ПАВ) содержит две гребенчатые системы электродов 41.i, шины 42.i и 43.i, которые соединяют электроды каждой из гребенок между собой. Шины в свою очередь связаны с микрополосковой приемопередающей антенной 40.i (i=1, 2, …, n).
Идентификационная метка 39.1 выполнена в виде пьезокристалла 73.1 с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем, связанным с микрополосковой приемопередающей антенной 74.1 и набором отражателей 78.1. Встречно-штыревой преобразователь поверхностных акустических волн содержит две гребенчатые системы электродов 75.1, шины 76.1 и 77.1, которые соединяют электроды каждой из гребенок между собой. Шины, в свою очередь, связаны с микрополосковой приемопередающей антенной 74.1 (l=1, 2,…, k).
Сканирующее устройство 45.j выполнено в виде последовательно включенных генератора 46.j высокой частоты, усилителя 48.j мощности, дуплексера 48.j, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной 49.j, усилителя 50.j высокой частоты, фазового детектора 51.j, второй вход которого соединен с выходом генератора 46.j высокой частоты, и компьютера 52.j, последовательно включенных гетеродина 53.j, смесителя 54.j, второй вход которого соединен с выходом генератора 46.j высокой частоты, усилителя 55.j третьей промежуточной частоты, фазового манипулятора 56.j, второй вход которого соединен с компьютером 52.j, усилителя 57.j мощности и приемопередающей антенны 49.j (j=1, 2, …, m).
Сканирующее устройство 58.i выполнено в виде последовательно включенных генератора 59.i высокой частоты, первого усилителя 60.i мощности, перемножителя 62.i, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя 60.i мощности, узкополосного фильтра 63.i, второго усилителя 64.i мощности, дуплексера 61.i, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной 6.i, первого полосового фильтра 65.i, первого фазового детектора 67.i, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя 60.i мощности, и блока 71.i сравнения кодов, второй вход которого соединен с выходом блока 69.i памяти, а выход является выходом сканирующего устройства. К выходу дуплексера 61.i последовательно подключены второй полосовой фильтр 66.i, второй фазовый детектор 68.i, второй вход которого соединен с выходом узкополосного фильтра 63.i, и блок 72.i регистрации, второй вход которого соединен с выходом таймера 70.i.
Предлагаемая система работает следующим образом.
Чувствительными элементами системы являются датчик 2.1 координатной информации, датчик 2.2 характера груза, сигнальные датчики 2.3 (2.i) и идентификационные метки 38.i (i=1, 2, …, n), устанавливаемые на каждом специальном транспортном средстве.
Датчик 2.1 координатной информации (навигационный датчик) является неотъемлемым элементом глобальной радионавигационной спутниковой системы ГЛОНАСС или НАВСТАР, выполняется съемным и выпускается промышленностью в стандартной упаковке (прибор SDS-22). С помощью указанной радионавигационной системы обеспечиваются определенные географические координаты местоположения (с точностью до 1 м) и вектор скорости специального транспортного средства. Датчик каждую секунду в момент смены секунды единого времени передает координатную информацию в абонентское устройство 3.i кодирования.
Датчик 2.2 характера груза - это прибор для чтения информации о грузе. Маркером груза могут быть: штриховой код, перфораторный код, электронный код и др. Информация о характере груза также передается в абонентское устройство 3.i кодирования.
Сигнальные датчики - это контакты и кнопки, которые формируют, например, поднятие-опускание контейнера при погрузке, распечатывание опломбированного груза, открывание-закрывание дверей кабины, капота, топливного бака и т.д. на специальном транспортном средстве.
К основным характеристикам идентификации метки можно отнести следующие:
- частотный диапазон - 800…920 МГц;
- дальность действия - десятки метров;
7
- количество кодовых комбинаций - до 10;
- тип излучаемого сигнала - гармоническое колебание;
c
c
c
с
- тип отраженного (переизлучаемого) сигнала - широкополосный сигнал с фазовой манипуляцией (база сигнала β=ΔfT=200…1000, (Δf - ширина сектора, Т - длительность сигнала);
- габариты - 8×1,5×5 мм;
- срок службы - не менее 20 лет;
- потребляемая мощность - 0 Вт.
Идентификационная ПАВ-метка размещается на стационарном транспортном средстве в зоне прямой видимости антенн сканирующего устройства (на лобовом стекле, бампере, номерном знаке, днище и т.д.).
При выезде специального транспортного средства на линию водителем вместе с путевым листом под расписку выдается датчик 2.1 координатной информации, который вставляется в заранее оборудованное в специальном транспортном средстве место. После включения датчика происходит его автоматическая инициализация, и он связывается с данным специальным транспортным средством. Эта связь осуществляется передачей особого параметра - бортового номера, однозначно определяющего данный автомобиль. После того как автомобиль отправляется на линию, система автоматически осуществляет запись в файл базы данных его географические координаты на местности. Период обновления информации в файле базы данных равен установленному в датчике периоду передачи сигнала.
Оператор может выбрать для просмотра то или иное специальное транспортное средство, ориентируясь на гаражный номер или другие характеристики специального транспортного средства. После выбора специального транспортного средства на экране компьютера рабочего места оператора появится карта местности с привязанным к ней пройденным маршрутом специального транспортного средства в виде линии. Возможно изменение масштаба карты оператором для детализации маршрута специального транспортного средства. Если поместить курсор мыши на линию маршрута, то на экране появляются текущие на этот момент времени координатная информация, общий километраж, количество топлива в баке, скорость специального транспортного средства и другие данные.
Устройство 3.1 кодирования получает данные состояния (показания) датчиков 2.1, 2.2 и 2.3, кодированные сообщения передаются на хранение в устройство 4.1 регистрации.
С заданным периодом времени Т процессор 10 с пункта 7 управления через радиостанцию 9 дает сообщение - запрос в адрес очередного по порядку последовательного опроса специального транспортного средства на выдачу массива данных, накопленных в устройстве 4.1 регистрации. Для этого генератором 15 высокой частоты формируется гармоническое колебание
c
c1
c
c1
c1
u(t)=U(ωt+φ), 0≤t≤T,
1
1
которое поступает на первый вход фазового манипулятора 16, на второй вход которого подается модулирующий код M(t) с выхода первого процессора 10. Модулирующий код M(t) соответствует бортовому номеру запрашиваемого транспортного средства. На выходе фазового манипулятора 16 формируется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн)
1
c1
c
k1
c1
c1
u(t)=Ucos[ωt+φ(t)+φ], 0≤t≤T,
k1
1
где φ(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t), который поступает на первый вход третьего смесителя 33, на второй вход которого подается напряжение второго гетеродина 32
Г2
Г2
U2
Г2
u(t)=Ucos(ωt+φ).
На выходе третьего смесителя 33 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 34 выделяется напряжение второй промежуточной частоты
пр2
пр2
пр2
k1
пр2
c1
u(t)=Ucos[ωt+φ(t)+φ], 0≤t≤T,
где ,
пр2
Г2
с
1
ω=ω+ω=ω - вторая промежуточная (суммарная) частота (фиг.4),
пр2
Г2
с1
φ=φ+φ.
1
пр2
З2
к1
к2
З2
к1
к2
Это напряжение после усиления в усилителе 17 мощности через дуплексер 18 поступает в приемопередающую антенну 8, излучается в эфир на частоте ω=ω, улавливается приемопередающей антенной 6.1 специального транспортного средства и через дуплексер 18.1 поступает на вход универсального преобразователя 31.1 частоты. Указанный преобразователь обеспечивает подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по второму зеркальному каналу на частоте ω, по первому ω и второму ω комбинационным каналам. Причем для подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по второму зеркальному каналу на частоте ω, используется «внешнее кольцо», состоящее из гетеродина 19.1, фазовращателей 20.1 и 25.1 на 90°, смесителей 21.1 и 22.1, усилителей 23.1 и 24.1 первой промежуточной частоты и сумматора 26.1 и реализующее фазокомпенсационный метод. Для подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по первому и второму комбинационным каналам на частотах ω и ω, используется «внутреннее кольцо», состоящее из перемножителя 27.1, узкополосного фильтра 28.1, амплитудного детектора 29.1, ключа 30.1 и реализующее метод узкополосной фильтрации.
На выходе сумматора 26.1 образуется суммарное напряжение
Σ1
Σ1
пр1
k1
пр1
c1
u(t)=Ucos[ωt+φ(t)+φ], 0≤t≤T,
пр1
1
Г2
где ω=ω-ω - первая промежуточная (разностная) частота;
Г2
ω - частота гетеродина 19.1,
которое через открытый ключ 30.1 поступает на первый вход второго перемножителя 35.1, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 32.1
Г1
Г1
Г1
Г1
u(t)=Ucos(ωt+φ).
На выходе перемножителя 35.1 образуется напряжение
2
1
Г2
k1
Г2
c1
u(t)=Ucos[ωt-φ(t)+φ], 0≤t≤T,
где ;
Г2
пр3
Г1
пр1
ω=ω=ω-ω - третья промежуточная частота,
которое выделяется полосовым фильтром 36.1 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 37.1, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 19.1
Г2
Г2
Г2
Г2
u(t)=Ucos(ωt+φ).
На выходе фазового детектора 37.1 образуется низкочастотное напряжение
H1
H1
k1
u(t)=Ucosφ(t),
где ,
1
пропорционально модулирующему коду M(t).
2
Это напряжение поступает в устройство 3.1 кодирования и, если оно соответствует бортовому номеру специального транспортного средства, запрашиваемого с пункта 7 управления, то массив данных, накопленных в устройстве 4.1 регистрации, в виде модулирующего кода M(t) поступает на первый вход фазового манипулятора 16.1. На первый вход указанного фазового манипулятора подается гармоническое колебание с выхода генератора 15.1 высокой частот
c2
c2
c
c2
c1
u(t)=Ucos(ωt+φ), 0≤t≤T,
на выходе фазового манипулятора 16.1 формируется сложный сигнал с фазовой манипуляцией
3
c2
c
k2
c2
c2
u(t)=Ucos(ωt+φ(t)+φ], 0≤t≤T,
k1
2
где φ(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t),
который поступает на первый вход смесителя 33.1, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 32.1
Г1
Г1
Г1
Г1
u(t)=Ucos(ωt+φ).
На выходе смесителя 33.1 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 34.1 выделяется напряжение третьей промежуточной (разностной) частоты
пр3
пр3
пр3
k2
пр3
c2
u(t)=Ucos(ωt-φ(t)+φ], 0≤t≤T,
где ;
пр3
Г1
с
ω=ω-ω - третья промежуточная (разностная) частота;
пр3
с1
U1
φ=φ-φ.
2
пр3
з1
к3
к4
з1
Это напряжение после усиления в усилителе 17.1 мощности через дуплексер 18.1 поступает в приемопередающую антенну 6.1, излучается ею в эфир на частоте ω=ω, улавливается приемопередающей антенной 8 пункта 7 управления и через дуплексер 18 поступает на вход универсального преобразователя 31 частоты. Указанный преобразователь обеспечивает подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по первому зеркальному каналу на частоте ω, по третьему ω и четвертому ω комбинационным каналам. Причем для подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по первому зеркальному каналу на частоте ω, используется «внешнее кольцо», состоящее из гетеродина 19, фазовращателей 20 и 25 на 90°, смесителей 21 и 22, усилителей 23 и 24 первой промежуточной частоты, сумматора 26 и реализующее фазокомпенсационный метод.
к3
к4
Для подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по третьему и четвертому комбинационным каналам на частотах ω и ω, используется «внутреннее кольцо», состоящее из перемножителя 27, узкополосного фильтра 28, амплитудного детектора 29, ключа 30 и реализующее метод узкополосной фильтрации.
На выходе сумматора 26 образуется суммарное напряжение:
Σ2
Σ2
пр1
k2
пр1
c2
u(t)=Ucos[ωt-φ(t)+φ], 0≤t≤T,
пр1
Г1
2
где ω=ω-ω - первая (разностная) промежуточная частота,
Г2
которая через открытый ключ 30 поступает на первый вход перемножителя 35, на второй вход которого подается напряжение u(t) гетеродина 32. На выходе перемножителя 35 образуется напряжение
4
4
Г1
k2
Г1
c2
u(t)=Ucos[ωt-φ(t)+φ], 0≤t≤T,
где ,
Г1
пр1
Г2
ω=ω+ω,
которое выделяется полосовым фильтром 36 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 37, на второй (опорный) вход которого подается напряжение гетеродина 19
Г1
Г1
Г1
Г1
u(t)=Ucos(ωt+φ).
На выходе фазового детектора 37 образуется низкочастотное напряжение
Н2
H2
k2
u(t)=Ucosφ(t),
где ,
2
2
пропорциональное модулирующему коду М(t). Это напряжение поступает в первый процессор 10, который осуществляет разделение модулирующей функции М(t) (кодограммы) на отдельные блоки данных по следующим признакам:
- номер специального транспортного средства;
- данные географических координат специального транспортного средства;
- данные наличия особо важного и опасного груза на нем;
- данные скорости движения;
- наличие аварийных сигналов,
и передает их в блок 11 сравнения, куда поступают также заданные и рассчитанные с помощью процессора 14 данные. Результаты сравнения кодируются кодирующим устройством 12 в соответствующее сообщение, которое поступает на рабочее место 13 оператора;
- специальное транспортное средство находится на разрешенном (запрещенном) маршруте (участке) движения;
- складирование груза произведено на разрешенном (не разрешенном) участке (где именно) контролируемой территории;
- разгрузка особо важного и опасного груза произведена в разрешенном (не разрешенном) месте;
- скорость движения специального транспортного средства соответствует (не соответствует) заданной на данном участке маршрута;
- показания датчика аварийного сигнала в норме или поступает сигнал «Тревога».
Разрешенный безопасный маршрут движения выбирается процессором 14 на основе данных о начальном и конечном пунктах движения специального транспортного средства и выдается в форме маршрутного путевого листа водителю. Эти же данные через процессор 10 поступают в блок 11 сравнения.
Оператор рабочего места 13 по мере поступления данных со специальных транспортных средств осуществляет контроль за выполнением нормативных документов и при необходимости по каналам голосовой связи дает команду на специальное транспортное средство по корректировке действий специальных транспортных средств, а при поступлении сигнала «Тревога» дает голосовую команду мобильным группам быстрого реагирования о прибытии в конкретное место для ликвидации чрезвычайной ситуации.
Для повышения достоверности контроля транспортировки особо важных и опасных грузов используются идентификационные метки, размещенных на специальных транспортных средствах, и контрольные посты, устанавливаемые на маршрутах движения специальных транспортных средств, например на въезде и выезде из парка и в других контрольных точках.
Контрольные посты снабжаются сканирующими устройствами 45.j (j=1, 2,…, m), где m - количество контрольных постов.
Генератором 46.1 высокой частоты формируется высокочастотное колебание (фиг.7)
c
c
c
c
c
u(t)=Ucos(ωt+φ), 0≤t≤T,
c
c
c
c
где U, ω, φ, T - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность высокочастотного колебания,
которое усиливается в усилителе 47.1 мощности и через дуплексер 48.1 поступает в приемопередающую антенну 49.1 и излучается в эфир.
Идентификационные ПАВ-метки размещаются на специальном транспортном средстве в зоне прямой видимости приемопередающей антенны 49.1 сканирующего устройства 45.1 (на лобовом стекле, бампере, номерном знаке, днище и т.д.).
c
Гармоническое колебание u(t) улавливается микрополосковой приемопередающей антенной 40.1 идентификационной ПАВ-метки 38.1 и поступает на вход встречно-штыревого преобразователя (ВШП), где преобразуется в акустическую волну. Последняя распространяется по поверхности пьезокристалла 39.1, отражается от отражателей 44.1 и опять преобразуется в электрический сигнал с фазовой манипуляцией (фиг.7, в)
5
5
c
k1
c
c
u(t)=Ucos[ωt+φ(t)+φ], 0≤t≤T,
k1
3
k
Э
Э
Э
Э
с
е
Э
где φ(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображаюшая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом М(t) (фиг.7, б), причем φ(t)=const при kτ<τ<(k+1)τи может изменяться скачками при t=kτ, т.е. на границе между элементарными посылками (k=1, 2, …, N-1), τ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Т(Т=τN).
3
При этом внутренняя структура сформированного ФМн-сигнала определяется модулирующим кодом М(t), который, в свою очередь, определяется топологией встречно-штыревого преобразователя, имеет индивидуальный характер и содержит всю необходимую уникальную информацию о специальном транспортном средстве и о грузе, перевозимом с помощью данного специального транспортного средства.
5
c
5
Сформированный ФМн-сигнал u(t) (фиг.7, в) излучается многополосковой антенной 40.1 в эфир, улавливается приемопередающей антенной 49.1 сканирующего устройства 45.1 и через дуплексер 48.1 и усилитель 50.1 высокой частоты поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 51.1, на второй (опорный) вход которого подается гармоническое колебание u(t) (фиг.7, а) с выхода генератора 46.1 высокой частоты. В результате синхронного детектирования ФМн-сигнал u(t) на выходе фазового детектора 51.1 образуется низкочастотное напряжение (фиг.7, г)
H
H
k1
c
u(t)=Ucosφ(t), 0≤t≤T,
где ,
3
c
пропорциональное модулирующему коду М(t) (фиг.7, в). Это напряжение регистрируется и анализируется в компьютере 52.1. Одновременно гармоническое u(t) (фиг.7, а) с выхода генератора 46.1 высокой частоты поступает на первый вход, смесителя 54.1, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 53.1
Г1
Г1
Г1
u(t)=Ucos(ωt+φ).
На выходе смесителя 54.1 образуется напряжение комбинационных частот. Усилителем 55.1 выделяется напряжение третьей промежуточной частоты (фиг.7, д)
пр4
пр4
пр3
пр4
1
u(t)=Ucos(ωt+φ), 0≤t≤T,
где ;
пр3
Г1
с
ω=ω-ω - третья промежуточная частота;
пр4
с
Г1
φ=φ-φ,
которое поступает на первый вход фазового манипулятора 56.1. На второй вход фазового манипулятора 56.1 подается модулирующий код M4(t) (фиг.7, е), который формируется в компьютере 52.1 и представляет собой сумму модулирующих кодов
4
3
5
6
M(t)=M(t)+M(t)+M(t),
3
где М(t) - модулирующий код, содержащий всю необходимую информацию о специальном транспортном средстве и о грузе, перевозимом с помощью данного специального транспортного средства;
5
M(t) - модулирующий код, содержащий сведения о номере контрольного поста и его географических координатах;
6
М(t) - модулирующий код, содержащий сведения о времени прохождения специальным транспортным средством данного контрольного поста.
На выходе манипулятора 56.1 формируется ФМн-сигнал (фиг.7, ж)
6
6
пр3
k3
пр3
1
u(t)=Ucos[ωt+φ(t)+φ], 0≤t≤T,
k3
4
2
пр3
з1
к3
к4
где φ(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t) (фиг.7, е), который после усиления по мощности в усилителе 57.1 поступает в приемопередающую антенну 49.1 и излучается ею в эфир на частоте ω=ω, улавливается приемопередающей антенной 8 пункта 7 управления и через дуплексер 18 поступает на вход универсального преобразователя 31 частоты. Указанный преобразователь обеспечивает, как это описано выше, подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по первому зеркальному каналу на частоте ω, по третьему ω и четвертому ω комбинационным каналам.
На выходе сумматора 26 в этом случае образуется суммарное напряжение
Σ3
Σ3
пр1
k3
пр1
c
u(t)=Ucos[ωt-φ(t)+φ], 0≤t≤T,
пр1
Г1
пр3
где ω=ω-ω - первая промежуточная (разностная) частота,
Г2
которая через открытый ключ 30 поступает на первый вход перемножителя 35, на второй вход которого подается напряжение u(t) гетеродина 32. На выходе перемножителя 35 образуется напряжение
7
7
Г1
k3
Г1
c
u(t)=Ucos[ωt-φ(t)+φ], 0≤t≤T,
где ,
Г1
пр1
Г2
ω=ω+ω,
которое выделяется полосовым фильтром 36 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 37, на второй (опорный) вход которого подается напряжение гетеродина 19
Г1
Г1
Г1
Г1
u(t)=Ucos(ωt+φ).
На выходе фазового детектора 37 образуется низкочастотное напряжение
H3
H3
Н3
u(t)=Ucosφ,
где
4
4
пропорциональное модулирующему коду M(t). Это напряжение поступает в первый процессор 10, который осуществляет разделение модулирующего кода M(t). (кодограммы) на отдельные коды:
3
- модулирующий код М(t), содержащий всю информацию о специальном транспортном средства и о грузе, перевозимом с помощью данного специального транспортного средства;
5
- модулирующий код M(t), содержащий сведения о времени прохождения специального транспортного средства данного контрольного пункта.
Указанные сведения поступают на рабочее место оператора 13. Дополнительно введенные в состав системы новые элементы и изменения структурной организации позволяют существенно улучшить качественные характеристики за счет введения следующих новых функциональных возможностей системы:
- расчет кратчайших безопасных маршрутов транспортировки особо важных и опасных грузов позволяет уменьшить длительность пути движения и расход энергоресурсов;
- контроль движения специального транспортного средства по разрешенному маршруту уменьшает степень опасности субъектам и объектам;
- выработка сигналов о несанкционированных разгрузках экологически опасных грузов в запрещенных местах складирования исключает создание экологически опасных несанкционированных свалок;
- выдача в центр контроля аварийных сигналов при транспортировке особо важных и опасных грузов обеспечивает быструю ликвидацию последствий аварии, сохранение материальных ценностей, опасность, защиту и спасение людей.
На номерном знаке каждого транспортного средства 1.i (i=1, 2, …, n) неразъемно (жестко) закрепляют пассивный ответчик, в качестве которого используют идентификационную радиочастотную метку на ПАВ 38.i. Ее закрепляют на номерном знаке транспортного средства так, чтобы снятие было бы невозможно без ее разрушения, например, путем заливки места установки эпоксидной смолой. Причем структура ВШП идентификационной метки 38.i содержит все необходимые данные о транспортном средстве, которые включают номер государственной регистрации этого транспортного средства, а также могут включать номера агрегатов транспортного средства, в том числе номер кузова, номер шасси, номер двигателя и пр.
На каждом транспортном средстве устанавливают также считывающее устройство 58.i.
с
Идентификационную радиочастотную метку 38.i, закрепленную на номерном знаке, настраивают на несущую частоту ω.
с
В контрольных точках по заданному маршруту движения специальных транспортных средств устанавливают радиометки 79.1 (l=1, 2, …, k), которые настраивают на несущую частоту 2ω (фиг.8). В качестве контрольных точек могут служить остановки городского наземного транспорта (автобусы, троллейбусы, трамваи).
Зондирование идентификационной радиочастотной метки 38.i осуществляется перед началом движения транспортного средства и затем может осуществляться в процессе движения по установленному заранее графику, который может предполагать, например, ежечасный опрос идентификационной радиочастотной метки на ПАВ 38.i, или иной период.
Перед началом работы транспортного средства, например, во время поворота ключа зажигания включается генератор 59.i высокой частоты, который формирует высокочастотное колебание
c
c
c
c
c
u(t)=Ucos(ωt+φ), 0≤t≤T,
которое через усилитель 60.i мощности поступает на два входа перемножителя 62.i, на выходе которого образуется гармоническое колебание
8
8
c
8
c
u(t)=Ucos(2ωt+φ), 0≤t≤T,
где ,
8
с
φ=2φ,
которое выделяется узкополосным фильтром 63.i и поступает через второй усилитель 64.i мощности на второй вход дуплексера 61.i.
c
8
c
с
Высокочастотные колебания u(t) и u(t) через дуплексер 61.i поступает в приемопередающую антенну 6.i и излучается ею в эфир. Высокочастотное колебание u(t) улавливается идентификационной радиочастотной меткой 38.i, настроенной на несущую частоту ω, преобразуется ВШП в акустическую волну, которая распространяется по поверхности пьезокристалла 39.i со скоростью V, которая примерно на пять порядков меньше скорости С распространения электромагнитных волн (V<<C). Акустическая волна отражается от набора отражателей 44.i и опять преобразуется в сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн)
5
5
c
k
c
c
u(t)=Ucos[ωt+φ(t)+φ], 0≤t≤T,
k
где φ(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции, в соответствии со структурой ВШП, которая содержит все необходимые данные о транспортном средстве (номер государственной регистрации, номер шасси, номер кузова, номер двигателя и пр.),
H1
с
H
с
c
который излучается микрополосковой приемопередающей антенной 40.i в эфир, улавливается приемопередающей антенной 6.i сканирующего устройства 58.i и через дуплексер 61.i и первый полосовой фильтр 65.i, частота настройки которого ω выбирается равной ω (ω=ω), поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 67.i, на второй (опорный) вход которого подается гармоническое колебание u(t) с выхода первого усилителя 60.i мощности. В результате синхронного детектирования на входе фазового детектора 67.i образуется низкочастотное напряжение
H
H
k
c
u(t)=Ucosφ(t), 0≤t≤T,
где ,
3
пропорциональное модулирующему коду М(t) (фиг.7, е).
H
Низкочастотное напряжение u(t) поступает на первый вход блока 71.i сравнения кодов, на второй вход которого подается код с выхода блока 69.i памяти с идентификационными данными о транспортных средствах.
Если указанные коды равны, то на выходе блока 71.i сравнения кодов напряжение отсутствует, что является разрешением для дальнейшей эксплуатации данного транспортного средства.
Если же указанные коды не равны, то на выходе блока 71.i сравнения кодов формируется постоянное напряжение, которое является командой запрета использования данного транспортного средства. По этой команде происходит блокирование систем питания и электроснабжения двигателя транспортного средства.
Таким образом, результатом несанкционированной смены номерного знака транспортного средства является неспособность его перемещения своим ходом.
Для контроля за выполнением регламентированного графика движения специальных транспортных средств (например, автобусов, троллейбусов и трамваев) по заданному маршруту движения используются радиочастотные метки на ПАВ 79.1 (l=1, 2, …, k), устанавливаемых в контрольных точках по заданному маршруту (например, на соответствующих остановках).
Во время остановки при открывании дверей включается сканирующее устройство 58.i и облучает радиочастотную метку на ПАВ, установленную на остановке городского транспорта гармоническими колебаниями
c
c
c
c
u(t)=Ucos(ωt+φ),
8
8
c
8
c
u(t)=Ucos(2ωt+φ), 0≤t≤T.
8
с
При этом гармоническое колебание u(t) улавливается микрополосковой приемопередающей антенной 74.1 радиочастотной метки, настроенной на несущую частоту 2ω, преобразуется ВШП в акустическую волну, которая распространяется по поверхности пьезокристалла 73.1, отражается от набора отражателей 78.1 и преобразуется ВШП в сложный сигнал с фазовой манипуляцией
9
9
c
k4
9
c
u(t)=Ucos[2ωt+φ(t)+φ], 0≤t≤T,
k4
где φ(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии со структурой ВШП, которая содержит сведения о номере остановки и координаты ее расположения на заданном маршруте движения специального транспортного средства,
н2
с
H2
с
8
который излучается микроволновой приемопередающей антенной 74.1 в эфир, улавливается приемопередающей антенной 6.i сканирующего устройства 58.i и через дуплексер 61.i и полосовой фильтр 66.i, частота настройки ω которого выбрана равной 2ω(ω=2ω), поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 68.i, на второй (опорный) вход которого подается гармоническое колебание u(t) с выхода узкополосного фильтра 63.i. В результате синхронного детектирования на выходе фазового детектора 68.i образуется низкочастотное напряжение
H4
H4
k4
c
u(t)+Ucosφ(t), 0≤t≤T,
где ,
пропорциональное идентификационному номеру контрольной точки (остановки городского транспорта) и координатам ее расположения на заданном маршруте движения специального транспортного средства (автобуса, троллейбуса и трамвая).
Указанное низкочастотное напряжение поступает на первый вход блока регистрации 72.i, где и фиксируется вместе с текущем временем, которое поступает на второй вход блока 72.i регистрации с выхода таймера 70.1.
Следовательно, в блоке 72.1 регистрации будут последовательно зафиксированы все контрольные точки (остановки) и время их прохождения специальным транспортным средством при его движении по заданному маршруту.
Несовпадение времени прохождения контрольной точки специальным транспортным средством с заданным временем свидетельствует о нарушении регламентированного графика движения по заданному маршруту. Отсутствие в блоке 72.1 регистрации контрольных точек свидетельствует о нарушении заданного маршрута движения.
1
2
1
2
2
1
Система обеспечивает также повышение помехоустойчивости и достоверности обмена дискретной информации между пунктами управления специальными транспортными средствами. Это достигается реализацией дуплексного метода радиосвязи с использованием двух частот ω и ω и сложных сигналов с фазовой манипуляцией. Причем радиостанция размещена на пункте управления, излучает сложный ФМн-сигнал на частоте ω, а принимает на частоте ω. А радиостанции, размещенные на специальных транспортных средствах, наоборот, излучают сложный ФМ-сигнал на частоте ω, а принимают - на частоте ω.
Обмен дискретной информацией между пунктами управления специальными транспортными средствами носит конфиденциальный характер. При этом защита конфиденциальной информации имеет три уровня: криптографический, энергетический и структурный.
Криптографический уровень обеспечивается специальными методами, шифрования, кодирования и преобразования дискретной информации, в результате которых ее содержание становится недоступным без предъявления ключа криптограммы и обратного преобразования.
Энергетический и структурный уровни обеспечиваются применением сложных ФМн-сигналов, которые обладают высокой энергетической и структурной скрытностью.
2
Предлагаемая система обеспечивает повышение достоверности контроля транспортировки особо важных и опасных грузов. Это достигается дистанционной регистрацией на пункте управления факта и времени прохождения специальных транспортных средств, перевозящих особо важные и опасные грузи, через контрольные посты. При этом специальные транспортные средства снабжаются идентификационные ПАВ-метками, контрольные посты - сканирующими устройствами, способные в автоматическом режиме передавать по радиоканалу на частоте ω дискретную информацию, содержащую сведения о идентификационном номере специального транспортного средства и времени его прохождения через данный контрольный пост, причем указанная дискретная информация также носит конфиденциальный характер и имеет три уровня защиты: криптографический, энергетический и структурный.
Основной особенностью идентификационных ПАВ-меток является малые габариты, большой срок службы и отсутствие источников питания.
Таким образом, предлагаемая система по сравнению с базовым объектом и другими техническими решениями аналогичного назначения, обеспечивает расширение функциональных возможностей. Это достигается путем контроля за выполнением регламентированного графика движения специальных транспортных средств по заданному маршруту, а также предотвращения несанкционированной смены их номерного знака. Причем в контрольных точках (на остановках городского наземного транспорта) по заданному маршруту движения специальных транспортных средств (автобусов, троллейбусов, трамваев, мусоровозом, инкассаторских машин и т.п.) устанавливаются радиочастотные метки на ПАВ.