BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft eine Etikette zur Befestigung an Gegenständen zu Kontrollzwecken mit einer eine auftreffende Strahlung modulierenden und ein nichtlineares Element und eine erste Antenne enthaltenden Struktur.
Derartige Etiketten in Form sogenannter Vignetten für Kraftfahrzeuge wurden und werden in verschiedenen Ländern für verschiedene Zwecke verwendet: So beispielsweise vor einigen Jahren in Österreich zur Anzeige des Wochentages, an welchem man sein Auto nicht benützen durfte, oder heute in der Schweiz als Beleg für die Entrichtung der sogenannten Autobahnnützungsgebühr. Weitere denkbare Anwendungsmöglichkeiten wären beispielsweise eine Vignette als Beleg für die Entrichtung der Kfz-Steuer, oder eine Vignette zur Kennzeichnung des Hubraums in Ländern mit abgestuften Tempolimits (Italien), oder eine Vignette zur Kennzeichnung eines Neufahrers (Frankreich) oder eines Autos mit Katalysator.
Alle bisher verwendeten Vignetten wurden stets nur von Auge kontrolliert, was selbstverständlich einen beträchtlichen Anreiz darstellt, eine vorgeschriebene Vignette nicht zu verwenden.
Speziell auf Autobahnen ist eine visuelle Kontrolle der Vignetten im fliessenden Verkehr praktisch unmöglich und dem Staat entgehen dadurch Bussgelder in beträchtlicher Höhe. Die Verwendung von Vignetten, welche eine automatische Kontrollmöglichkeiten bieten, wäre daher äusserst wünschenswert.
Auf einem anderen Gebiet der Technik, dem Einkaufen in Selbstbedienungsläden, sind sogenannte antishoplifting -Einrichtungen mit auf Waren angebrachten Etiketten bekannt.
Diese enthalten eine Diode und eine Antenne, welche dann, wenn man den Laden ohne Bezahlung der betreffenden Ware verlassen möchte, ein Alarmsignal auslösen. Dieses beruht darauf, dass man mit der Ware ein Strahlungsfeld passieren muss, und dass die Alarmeinrichtung auf die von der Antenne reflektierte 2. Harmonische der auftreffenden Strahlen anspricht. Da dieses System jedoch nur auf Entfernungen von etwa 2 bis 3 m anspricht, ist es für die automatische Kontrolle sich bewegender Kraftfahrzeuge nicht geeignet.
Durch die Erfindung soll nun eine Etikette angegeben werden, welche eine automatische Kontrolle sich bewegender Gegenstände in einem geeigneten Abstand von beispielsweise etwa 20 m ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch eine Etikette der in Patentanspruch 1 gekennzeichneten Art gelöst.
Praktische Versuche haben ergeben, dass die charakteristische Phasenmodulation noch in einer Entfernung von mehr als 20 m eindeutig detektiert werden kann, so dass die erfindungsgemässe Etikette eine Überwachung des fliessenden Verkehrs auf Autobahnen ermöglicht. Ausserdem braucht die Grösse der in der Schweiz heute üblichen sogenannten Autobahnvignette nicht stark überschritten zu werden und deren Herstellungskosten würden in einem vertretbaren Rahmen liegen, so dass jedenfalls die heute übliche Gebühr nicht wesentlich erhöht werden müsste.
Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur automatischen Detektion des Vorhandenseins einer Etikette der genannten Art an einem sich bewegenden Kraftfahrzeug.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist durch die in Patentanspruch 8 angegebenen Merkmale gekennzeichnet.
Das erfindungsgemässe Verfahren bietet als wesentlichen Vorteil die Möglichkeit, die Kontrolle der Etikette mit der Überwachungstätigkeit eines Radar-Geschwindigkeitsmessgeräts zu kombinieren. Dadurch ist wegen der bekannten Eigenschaften derartiger Messgeräte Gewähr geboten, dass Fahrzeuge ohne Etikette ebenso wie Temposünder selektiv erfasst und beispielsweise photographiert werden können.
Die Erfindung betrifft weiter eine Vorrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens mit einem ersten Sender und einem Empfänger für die elektromagnetischen Strahlungen.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist durch die in Patentanspruch 11 aufgezählten Merkmale gekennzeichnet.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und der Zeichnungen näher erläutert; es zeigen:
Fig. 1 eine Ansicht einer Etikette mit einer erfindungsgemässen Struktur und
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Detektion der Etikette von Fig. 1.
Fig. 1 zeigt die in einer sandwichartig aufgebauten Etikette 1 enthaltene Struktur zur Modulation einer auftreffenden elektromagnetischen Strahlung. Die Etikette 1 ist eine in der Schweiz für die Benützung der Autobahn erforderliche sogenannte Autobahnvignette, welche als Beleg dafür gilt, dass man die vorgeschriebene Autobahnbenützungsgebühr entrichtet hat.
Die dargestellte Vignette 1 weist eine Abmessung von etwa 10 x 6 cm auf und ist damit etwas breiter als die heute verwendete und sie ist an einer der vorgeschriebenen Stellen auf der Frontscheibe eines Autos zu befestigen.
Die Struktur zur Modulation einer auftreffenden elektromagnetischen Strahlung besteht darstellungsmässig aus einem Faltdipol 2 (zweite Antenne), welcher etwa in seiner Mitte eine Diode 3 aufweist, und dessen Enden mit einer Butterfly-Antenne 4 (erste Antenne) verbunden sind. In unmittelbarer Nachbarschaft der Diode 3 kann ein Kopplungselement 5 angeordnet sein. Die beiden Flügel der Butterfly-Antenne 4 sind darstellungsgemäss über einen Gleichstrompfad 4' verbunden. Dieser kann durch eine Induktivität oder einen Widerstand gebildet sein.
Der Faltdipol 2 ist auf die Radarfrequenz eines Radar-Geschwindigkeitsmessgeräts von beispielsweise 9,5 GHz abgestimmt, die Butterfly-Antenne 4 auf eine tiefere Frequenz von beispielsweise 1 oder 2 GHz. Das Kopplungselement 5, welches zur Verbesserung des Signal/Rauschverhältnisses dient, hat die Länge einer halben Wellenlänge. Die Butterfly-Antenne 4 ist für jedes Jahr auf eine andere Frequenz abgestimmt, so dass nur die für das jeweilige Jahr gültige Vignette 1 auch als solche detektiert wird.
Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung zur Detektion der in Fig. 1 dargestellten Vignette 1, besteht im wesentlichen aus einem Radar-Geschwindigkeitsmessgerät R bekannter Bauart und aus einem zusätzlichen Sender S. Das Radar-Geschwindigkeitsmessgerät R überwacht und vermisst den ankommenden Verkehr, macht also Frontmessungen und die zugeordnete Kamera macht Frontfotographien von den registrierten Fahrzeugen, auf denen dann deutlich erkennbar ist, ob das registrierte Fahrzeug mit einer Vignette ausgerüstet ist. Die Kamera ist in der Figur nicht dargestellt; es wird bezüglich dieser und bezüglich des Radar-Geschwindigkeitsmessgeräts R für Frontmessungen auf die DE-PS 2 802 448 und auf das CH-Patent Nr.
662 660 verwiesen.
Das Radar-Geschwindigkeitsmessgerät R besteht im wesentlichen aus einer Sende/Empfangsantenne 6, aus einer Antennenweiche 7, welche die Antenne 6 mit einem HF-Generator 8 verbindet, welcher eine Frequenz f2 von beispielsweise 9,5 GHz erzeugt. Das von der Antenne 6 empfangene Signal wird durch die Antennenweiche 7 zu einem Mischer 9 geführt. Das vom Mischer 9 detektierte Signal wird über einen Verstärker 10 an eine Auswertestufe A geleitet. Diese enthält zwei parallele Zweige, einen Geschwindigkeits- und einen Vignettenzweig.
Der Geschwindigkeitszweig enthält ein Tiefpassfilter 11, welches für Frequenzen unterhalb der normalen Dopplerfrequenz fD durchlässig ist. Diese liegt bei der verwendeten Radarfrequenz f2 und bei einem üblichen Messbereich bei maximal 5 kHz. An das Tiefpassfilter 11 ist eine Verarbeitungsstufe 12 für die Doppelsignale angeschlossen, welche zwei Ausgänge 13 und 14 aufweist. Am Ausgang 14 ist der Geschwindigkeitsmesswert erhältlich und am Ausgang 14 ein Signal Messung erfolgt .
Bekanntlich wird ja die Frontfotographie des registrierten Fahrzeuges kurze Zeit nach der Messung der überhöhten Geschwindigkeit gemacht, die Kamera ist also beim Signal Messung erfolgt , bereit. Man überprüft nun beim Vorliegen des Signals Messung erfolgt , ob die Vignette vorhanden ist und löst bei Nichtvorhandensein die Kamera aus. Die Auslösung erfolgt dann sicher zu einem Zeitpunkt, zu dem sich das Fahrzeug im Kamerafeld befindet. Selbstverständlich wird auch beim Überschreiten der zulässigen Höchstgeschwindigkeit (Signal an Ausgang 13) die Kamera ausgelöst.
Der Vignettenzweig der Auswertstufe A enthält ein zwischen 15 und 25 kHz durchlässiges Bandpassfilter 15 und einen Schwellwertdetektor 16, an dessen beiden Ausgängen 17 und 18 ein Signal Vignette vorhanden bzw. Vignette fehlt erhältlich ist. Anstatt der Detektion eines Schwellwerts könnte man selbstverständlich auch ein Korrelationsverfahren anwenden.
Die beiden Signale an den Ausgängen 14 und 18 Messung erfolgt und Vignette fehlt bewirken dann die Auslösung der Kamera und/oder eines entsprechenden Alarmsignals.
Der Sender 5 besteht aus einem NF-Generator 19, welcher eine Frequenz fm von beispielsweise 20 kHz erzeugt, oder allgemein eine Frequenz, die oberhalb der doppelten maximalen Dopplerfrequenz (hier 5 kHz) liegt; aus einem HF-Generator 20, welcher eine Frequenz fl von beispielsweise 1 GHz erzeugt; aus einem Modulator 21 und aus einer Sende-Antenne, vorzugsweise einer Yagi-Antenne 22.
Die Detektion der Vignette 1 von Fig. 1 mit einer Vorrichtung gemäss Fig. 2 erfolgt auf folgende Weise: die Yagi-Antenne 22 sendet eine mit der Frequenz fm modulierte Strahlung der Mikrowellenfrequenz fl aus, welche durch die auf diese Frequenz abgestimmte Butterfly-Antenne 4 empfangen wird. Dadurch wird die Diode 3 zwischen den Zuständen leitend und nicht leitend umgeschaltet und der auf die Frequenz f2 abgestimmte Faltdipol 2 wird entsprechend in einen von zwei Reflektionszuständen geschaltet. Bei leitender Diode 3 empfängt und reflektiert der Faltdipol 2 mit seiner ganzen Länge die Radarstrahlung f2, bei nicht leitender Diode 3 ist der Faltdipol 2 in zwei Hälften geteilt.
Da die Länge jedes der beiden jetzt getrennten Dipole kleiner ist als für die Resonanz bei f2 erforderlich, weist das reflektierte Radarsignal für die beiden Diodenzustände leitend und nicht leitend einen Phasenunterschied auf. Somit produziert das Umschalten der Diode 3 eine Phasenmodulation des reflektierten Radarsignals bei der Mikrowellenfrequenz f2.
Daraus resultiert eine Kreuzmodulation, die im Empfänger ein Pseudo-Dopplersignal erzeugt, welches eine oszillierende Bewegung des Faltdipols 2 simuliert. Diese Modulationsprodukte sind ihrerseits infolge der Bewegung des Fahrzeugs mit der echten Dopplerfrequenz moduliert. Wenn fD die normale Dopplerfrequenz ist, dann entstehen durch die genannte Kreuzmodulation zwei Frequenzen fm + fD und fm - fD, die vom Bandpassfilter 15 durchgelassen und vom Schwellwertdetektor 16 detektiert werden. Wird im vom Filter 15 durchgelassenen Bereich ein Signal detektiert, dann ist das Vorhandensein einer Vignette bestätigt.
Die Erfindung eröffnet ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur automatischen Detektion von Autobahnvignetten. Die Vignette selbst wird zwar in der Herstellung etwas teurer als die heutige, sie wird aber wegen der automatischen Überwachung vermehrt gekauft werden und wegen der gegen über heute wesentlich verbesserten Überwachung werden auch höhere Bussgeldeinnahmen resultieren. Diese beiden Faktoren werden die höheren Herstellungskosten mehr als aufheben. Abgesehen davon dient die automatische Überwachung der Rechtsgleichheit, weil jemand, der die gesetzlich vorgeschriebene Autobahnbenützungsgebühr nicht entrichtet, nicht mehr so ohne weiteres damit rechnen kann, dass er ohnehin nicht erwischt wird. Die Vorrichtung zur Detektion der Vignetten ist ebenfalls nicht aufwendig, weil sie durch einfache Adaption bestehender Radargeräte realisiert werden kann.
DESCRIPTION
The invention relates to a label for attachment to objects for control purposes with a structure that modulates an incident radiation and contains a nonlinear element and a first antenna.
Such labels in the form of so-called vignettes for motor vehicles were and are used in different countries for different purposes: For example, a few years ago in Austria to indicate the day of the week on which you were not allowed to use your car, or today in Switzerland as proof of payment the so-called freeway usage fee. Other conceivable applications would be, for example, a vignette as proof of payment of the vehicle tax, or a vignette to identify the displacement in countries with graduated speed limits (Italy), or a vignette to identify a new driver (France) or a car with a catalytic converter.
All vignettes used up to now have only been checked by eye, which is of course a considerable incentive not to use a prescribed vignette.
Visual inspection of vignettes in flowing traffic is practically impossible, especially on motorways, and the state thereby escapes a considerable amount of fines. The use of vignettes, which offer automatic control options, would therefore be extremely desirable.
In another field of technology, shopping in self-service shops, so-called antishoplifting devices with labels affixed to goods are known.
These contain a diode and an antenna which, if you want to leave the shop without paying for the goods in question, trigger an alarm signal. This is based on the fact that the goods have to pass through a radiation field and that the alarm device responds to the 2nd harmonic of the incident rays reflected by the antenna. However, since this system only responds to distances of about 2 to 3 m, it is not suitable for the automatic control of moving vehicles.
The invention is intended to provide a label which enables automatic control of moving objects at a suitable distance of, for example, approximately 20 m.
This object is achieved according to the invention by a label of the type characterized in claim 1.
Practical tests have shown that the characteristic phase modulation can still be clearly detected at a distance of more than 20 m, so that the label according to the invention enables the flowing traffic on motorways to be monitored. In addition, the size of the so-called motorway vignette, which is common in Switzerland today, does not need to be greatly exceeded, and its production costs would be within a reasonable range, so that in any case, the current fee would not have to be increased significantly.
The invention further relates to a method for automatically detecting the presence of a label of the type mentioned on a moving motor vehicle.
The inventive method is characterized by the features specified in claim 8.
The method according to the invention offers the essential advantage of being able to combine the control of the label with the monitoring activity of a radar speed measuring device. Because of the known properties of such measuring devices, this guarantees that vehicles without labels as well as speeding offenders can be selectively recorded and, for example, photographed.
The invention further relates to a device for performing the above method with a first transmitter and a receiver for the electromagnetic radiation.
The device according to the invention is characterized by the features listed in claim 11.
The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment and the drawings; show it:
Fig. 1 is a view of a label with a structure according to the invention and
FIG. 2 shows a block diagram of a device for detecting the label of FIG. 1.
1 shows the structure contained in a sandwich-like label 1 for modulating an incident electromagnetic radiation. The label 1 is a so-called motorway vignette, which is required in Switzerland for the use of the motorway, which is valid as proof that you have paid the prescribed motorway toll.
The vignette 1 shown has a dimension of approximately 10 x 6 cm and is therefore somewhat wider than the one used today and is to be fastened at one of the prescribed places on the windscreen of a car.
The structure for modulating an incident electromagnetic radiation consists, as shown, of a folding dipole 2 (second antenna), which has a diode 3 approximately in its center, and the ends of which are connected to a butterfly antenna 4 (first antenna). A coupling element 5 can be arranged in the immediate vicinity of the diode 3. The two wings of the butterfly antenna 4 are shown connected via a direct current path 4 '. This can be formed by an inductor or a resistor.
The folding dipole 2 is tuned to the radar frequency of a radar speed measuring device of, for example, 9.5 GHz, the butterfly antenna 4 to a lower frequency of, for example, 1 or 2 GHz. The coupling element 5, which serves to improve the signal / noise ratio, has the length of half a wavelength. The butterfly antenna 4 is tuned to a different frequency for each year, so that only the vignette 1 valid for the respective year is also detected as such.
The device shown in FIG. 2 for the detection of the vignette 1 shown in FIG. 1 essentially consists of a radar speed measuring device R of a known type and an additional transmitter S. The radar speed measuring device R monitors and measures the incoming traffic, ie it does Front measurements and the assigned camera take front photographs of the registered vehicles, on which it is then clearly recognizable whether the registered vehicle is equipped with a vignette. The camera is not shown in the figure; with regard to this and the radar speed measuring device R for front measurements, reference is made to DE-PS 2 802 448 and to CH patent no.
662 660.
The radar speed measuring device R essentially consists of a transmitting / receiving antenna 6, an antenna switch 7, which connects the antenna 6 to an HF generator 8, which generates a frequency f2 of, for example, 9.5 GHz. The signal received by the antenna 6 is passed through the antenna switch 7 to a mixer 9. The signal detected by the mixer 9 is passed to an evaluation stage A via an amplifier 10. This contains two parallel branches, a speed branch and a vignette branch.
The speed branch contains a low-pass filter 11, which is permeable to frequencies below the normal Doppler frequency fD. This is at the radar frequency f2 used and with a usual measuring range at a maximum of 5 kHz. A processing stage 12 for the double signals, which has two outputs 13 and 14, is connected to the low-pass filter 11. The speed measured value is available at output 14 and a signal measurement is carried out at output 14.
As is known, the front photograph of the registered vehicle is taken shortly after the measurement of the excessive speed, so the camera is ready for the signal measurement. Now check whether the vignette is present when the measurement signal is present and trigger the camera if it is not present. The triggering then takes place safely at a time when the vehicle is in the camera field. Of course, the camera is also triggered when the permissible maximum speed (signal at output 13) is exceeded.
The vignette branch of the evaluation stage A contains a bandpass filter 15 which is permeable between 15 and 25 kHz and a threshold value detector 16, at the two outputs 17 and 18 of which a signal vignette is present or a vignette is missing. Instead of the detection of a threshold value, one could of course also use a correlation method.
The two signals at outputs 14 and 18 are measured and there is no vignette, which triggers the camera and / or a corresponding alarm signal.
The transmitter 5 consists of an LF generator 19 which generates a frequency fm of, for example, 20 kHz, or generally a frequency which is above twice the maximum Doppler frequency (here 5 kHz); an HF generator 20, which generates a frequency fl of, for example, 1 GHz; a modulator 21 and a transmission antenna, preferably a Yagi antenna 22.
The detection of the vignette 1 from FIG. 1 with a device according to FIG. 2 takes place in the following manner: the Yagi antenna 22 emits radiation of the microwave frequency fl modulated with the frequency fm, which radiation is tuned by the butterfly antenna 4 tuned to this frequency Will be received. As a result, the diode 3 is switched between the conductive and non-conductive states and the folding dipole 2, which is tuned to the frequency f2, is accordingly switched to one of two reflection states. When the diode 3 is conducting, the folding dipole 2 receives and reflects the entire length of the radar radiation f2, and when the diode 3 is non-conducting, the folding dipole 2 is divided into two halves.
Since the length of each of the two now separated dipoles is smaller than is required for the resonance at f2, the reflected radar signal has a phase difference for the two diode states, conductive and non-conductive. Thus, switching the diode 3 produces phase modulation of the reflected radar signal at the microwave frequency f2.
This results in cross modulation, which generates a pseudo-Doppler signal in the receiver, which simulates an oscillating movement of the folding dipole 2. These modulation products are in turn modulated at the real Doppler frequency due to the movement of the vehicle. If fD is the normal Doppler frequency, then two frequencies fm + fD and fm - fD result from the above-mentioned cross modulation, which are passed by the bandpass filter 15 and are detected by the threshold value detector 16. If a signal is detected in the area passed by the filter 15, the presence of a vignette is confirmed.
The invention opens up a simple and inexpensive method for the automatic detection of motorway vignettes. The vignette itself will be somewhat more expensive to produce than today's one, but it will be increasingly purchased due to the automatic monitoring and, due to the significantly improved monitoring compared to today, higher fines will also result. These two factors will more than offset the higher manufacturing costs. Apart from that, the automatic monitoring of equality of law serves because someone who does not pay the legally required motorway toll can no longer easily expect to be caught anyway. The device for detecting the vignettes is also not complex because it can be implemented by simply adapting existing radar devices.