DE4326263A1 - Vorrichtung zum Erfassen und Auslesen von relativ zu dieser Vorrichtung beweglichen Transpondern - Google Patents
Vorrichtung zum Erfassen und Auslesen von relativ zu dieser Vorrichtung beweglichen TranspondernInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
Eine derartige Vorrichtung ist z. B. aus der US-Patentschrift Nr.
4,739,328 bekannt. Sie dient zum Auslesen von kartenförmigen
Transpondern, sogenannten TAGS, die z. B. an Tieren, an Fahrzeugen
oder an Containern befestigt sind und diesen Objekten zugeordnete
Daten codiert enthalten.
Die bekannte Lesevorrichtung strahlt ein Hochfrequenzsignal von
z. B. 915 MHz als Dauerstrichsignal in Richtung des auszulesenden
Transponders ab. Der Transponder, der auf die ausgestrahlte
Hochfrequenz abgestimmt ist, reflektiert einen Teil der
aufgenommenen Hochfrequenzleistung zur Lesevorrichtung zurück,
wobei er mit Hilfe eines Modulators, der von einem Datenspeicher
angesteuert wird, das rückgestrahlte Signal entsprechend den im
Datenspeicher abgelegten Daten moduliert.
In der Lesevorrichtung wird das zurückgestrahlte Hochfrequenzsignal
kohärent demoduliert und der vom Transponder aufmodulierte Code von
einer Auswerteeinheit ausgewertet.
Die bekannte Lesevorrichtung empfängt alle Signale, deren Frequenz
im Bereich der ausgestrahlten Hochfrequenz liegt. Derartige Signale
liefern nicht nur alle von der ausgestrahlten Hochfrequenz
erreichten Gegenstände aus Metall oder anderem leitfähigen
Material, sondern auch andere Transponder, die sich z. B. weiter
entfernt von der Lesevorrichtung befinden und eigentlich nicht
abgefragt werden sollen. Die Lesevorrichtung nimmt somit viele
unnötige Signale auf, die unerwünscht sind, weil sie den Empfang
und die Auswertung von Nutzsignalen stören können.
Aufgabe der Erfindung ist deshalb eine Vorrichtung der eingangs
beschriebenen Art, die ein weitgehend ungestörtes Auslesen
einzelner Transponder erlaubt.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des
Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Durch die Einfügung eines Laufzeitfilters, wie es z. B. aus der
Radartechnik zur Entfernungsmessung bekannt ist, wird hier ein
Entfernungstor geschaffen, das solche Signale beim Empfang
ausblendet, die von Objekten oder Transpondern stammen, die von der
Lesevorrichtung weiter oder weniger weit entfernt sind als der
auszulesende Transponder.
Ausgestaltungen der Vorrichtung nach der Erfindung sind in den
Unteransprüchen angegeben.
So betrifft Patentanspruch 2 die Realisierung eines Laufzeitfilters
mittels zweier Phasenmodulatoren, die das ausgestrahlte
Hochfrequenzsignal (Abfragesignal) und das rückgestrahlte Signal
(Empfangssignal) zeitlich gegeneinander versetzt mit einem
charakteristischen Code modulieren.
Die Patentansprüche 3 und 4 geben einen geeigneten
charakteristischen Code bzw. einen bevorzugten Bereich für dessen
Taktfrequenz an.
Patentanspruch 5 betrifft den Aufbau einer Lesevorrichtung mit
getrenntem Sende- und Empfangspfad und gemeinsamer
Sende/Empfangsantenne.
Gegenstand des Patentanspruchs 6 ist die Erzeugung und Ausgabe
eines Erfassungssignals, das die Anwesenheit eines das
Abfragesignal reflektierenden Objektes oder Transponders in dem
Entfernungsbereich anzeigt, in dem das Auslesen eines Transponders
möglich ist.
Patentanspruch 7 sieht die Verwendung eines zur Erzeugung des
Erfassungssignals vorgesehenen Mischers für die Bereitstellung des
Eingangssignals für die Auswerteeinheit vor.
Die unabhängigen Patentansprüche 8 und 9 betreffen
verschiedenartige Verwendungen der Vorrichtung nach der Erfindung.
Anhand zweier Figuren soll nun ein Ausführungsbeispiel der
Vorrichtung nach der Erfindung beschrieben und ihre Funktion
erklärt werden.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Lesevorrichtung nach dem
Stand der Technik,
Fig. 2 zeigt die Lesevorrichtung nach der Erfindung.
In Fig. 1 sind ein HF-Modul H, eine Auswerteeinheit AW, eine
Antenne A sowie ein Transponder T dargestellt. Letzterer enthält
einen Datenspeicher D, einen Modulator M und eine
Sende-Empfangsantenne TA.
Im HF-Modul erzeugt ein Hochfrequenzgenerator G eine Hochfrequenz
im Bereich von 2,5 GHz, die über einen Zirkulator Z der Antenne A
zugeführt und von dieser als Abfragesignal in Richtung auf den
Transponder zu abgestrahlt wird.
Der Transponder ist auf die Frequenz des Abfragesignals abgestimmt
und reflektiert einen Teil der über seine Antenne TA aufgenommenen
HF-Leistung zur Antenne A der Lesevorrichtung zurück. Das
Reflexionsvermögen des Transponders läßt sich durch den Modulator M
entsprechend einem im Datenspeicher D abgelegten Code verändern, so
daß das reflektierte Signal mit dem Transpondercode, der z. B. Daten
über ein den Transponder tragendes Objekt enthalten kann, moduliert
ist.
Das reflektierte Signal wird im HF-Modul mittels des Zirkulators z
vom Abfragesignal getrennt und als Empfangssignal einem Demodulator
DM zugeführt, der es, mit der Abfragesignalfrequenz als
Referenzsignal, kohärent demoduliert und der Auswerteeinheit
zuführt. Die Auswerteeinheit AW decodiert die vom Transponder
übertragene Modulation und veranlaßt die Verarbeitung oder
Weiterleitung der enthaltenen, aus dem Transponder ausgelesenen
Information.
In Fig. 2 ist zwischen HF-Modul und Antenne der Lesevorrichtung ein
Laufzeit-Modul SM angeordnet, das zwei Phasenmodulatoren PM1, PM2
enthält, die von einem Code-Generator CG mit jeweils dem gleichen
Signal S1 angesteuert werden. Dem zweiten Phasenmodulator PM2 wird
das Signal S1 jedoch über ein Verzögerungsglied VG zugeführt. Von
den Phasenmodulatoren moduliert einer, der Phasenmodulator PM1, das
Abfragesignal, der andere das von der Antenne her zurückkommende
Empfangssignal. Abfragesignal und Empfangssignal müssen deshalb
voneinander getrennt geführt werden. Dies bewirken zwei
Zirkulatoren Z1 und Z2, von denen einer an dem zum HF-Modul
führenden Signaleingang, der andere an dem zur Antenne führenden
Signalausgang des Laufzeit-Moduls angeordnet ist. Teil des
Laufzeit-Moduls ist weiterhin ein HF-Mischer HM, der ein am Ausgang
des zweiten Phasenmodulators anstehendes Hochfrequenzsignal mit der
vom Hochfrequenzgenerator G erzeugten Frequenz des Abfragesignals,
die dem Eingang des Laufzeit-Moduls über einen Richtkoppler RK
entnommen wird, multiplikativ mischt und ein Erfassungssignal
erzeugt, das über ein Tiefpaßfilter TP an die Auswerteeinheit oder
eine andere, nicht dargestellte Anzeigeeinrichtung ausgegeben wird.
Das vom Laufzeit-Modul gebildete Laufzeitfilter fungiert als
Entfernungstor für über die Antenne A aufgenommene Empfangssignale.
Das im HF-Modul bereitgestellte Abfragesignal, ein
Dauerstrichsignal der Frequenz 2.5 GHz, gelangt über den Zirkulator
Z1 in den ersten Phasenmodulator PM1 und wird dort mit dem Signal
S1, einem vom Code-Generator CG bereitgestellten digitalen
Pseudo-Zufallscode, der z. B. Phasenverschiebungen von 0° und 180°
erzeugt, moduliert. Dieser Code besitzt eine Taktfrequenz von z. B.
40 MHz und hat gute Auto- und Kreuzkorrelationseigenschaften. Er
kann beispielsweise eine Länge von 1023 Bit haben und im
Code-Generator aus einem der Codelänge entsprechenden Datenspeicher
zyklisch ausgelesen werden. Das auf diese Weise breitbandig
modulierte Abfragesignal gelangt über den Zirkulator Z2 auf die
Antenne A, die es abstrahlt. Trifft das abgestrahlte Abfragesignal
auf ein reflektierendes Objekt, so wird ein Teil der abgestrahlten
Leistung auf die Antenne A zurückreflektiert und dort als
Empfangssignal über den zweiten Zirkulator Z2 dem zweiten
Phasenmodulator PM2 zugeführt. Dort erfolgt eine nochmalige
Modulation mit dem Pseudo-Zufallscode. Dieser ist jedoch zeitlich
verschoben und korreliert im allgemeinen nicht mit der im ersten
Phasenmodulator dem Abfragesignal aufgeprägten Modulation. Am
Ausgang des Phasenmodulators PM2 erscheint ein breitbandig
moduliertes HF-Signal, das am Ausgang des Mischers HM ein die
Taktfrequenz des Code-Generators enthaltendes HF-Signal erzeugt,
das den nachgeschalteten Tiefpaß nicht überwinden kann. Das
reflektierte Signal wird somit vom Laufzeit-Modul und damit von der
Lesevorrichtung nicht erfaßt.
Entspricht die Laufzeit eines HF-Signales zum reflektierenden
Objekt und zurück jedoch der am Verzögerungsglied VG eingestellten
Zeitverzögerung, so erfolgt die durch den zweiten Phasenmodulator
PM2 vorgenommene zweite Modulation mit dem Pseudo-Zufallscode bis
auf geringfügige Abweichungen, die sich z. B. durch
Dopplerverschiebung bei bewegten Objekten ergeben können, kohärent
zur ersten, im Phasenmodulator PM1 vorgenommenen Modulation.
Phasenverschiebungen von 180° im Empfangssignal werden somit durch
nochmalige 180°-Verschiebung rückgängig gemacht und das
Empfangssignal damit von seiner Phasenmodulation befreit. Der
HF-Mischer liefert nun an seinem Ausgang ein statisches oder, bei
Auftreten von Dopplerverschiebung, ein sehr niederfrequentes
Signal, das über den Tiefpaß zur Auswertung gelangt. Das Objekt
wird somit erfaßt. Ist das Objekt ein auf das Abfragesignal
abgestimmter Transponder, so erscheint die im Transponder
aufgeprägte Modulation, z. B. eine Tastung des reflektierten Signals
im Frequenzbereich von 20 bis 40 KHz auch am Ausgang des zweiten
Phasenmodulators und am Ausgang des HF-Mischers. Von dort gelangt
sie als relativ niederfrequentes Signal über den Tiefpaß zu einer
die Erfassung signalisierenden Einrichtung und/oder über einen
weiteren, in der Figur nicht dargestellten Tiefpaß zur
Auswerteeinheit.
Die in der Figur dargestellte Vorrichtung enthält bereits einen
Mischer, den Demodulator DM im HF-Modul, dessen Ausgangssignal der
Auswerteeinrichtung zugeführt wird. Dieser Mischer arbeitet, sofern
er ausgangsseitig mit einem Tiefpaß versehen wird, wie der Mischer
des Laufzeit-Moduls und kann eingespart werden, wenn anstelle von
dessen Ausgangssignal das Ausgangssignal des im Laufzeit-Modul
enthaltenen ersten Mischers der Auswerteeinheit zugeführt wird.
Auch der Zirkulator Z im Hochfrequenz-Modul kann dann entfallen.
Die beschriebene Vorrichtung kann z. B. zur Erfassung und Abbuchung
von Mautgebühren an mehrspurigen Straßen eingesetzt werden. Hier
ermöglicht sie, selektiv nur solche Transponder auszulesen, die an
Fahrzeugen angebracht sind, die sich in einem ganz bestimmten
Entfernungsbereich, z. B. 30±2 m, befinden. Es wird damit möglich,
Transponder von Fahrzeugen abzulesen, die sich auf einer ganz
bestimmten Fahrspur befinden, ohne daß dieser Leseprozeß von
Transpondern anderer Fahrzeuge oder von Reflexionen aus anderen
Entfernungsbereichen gestört wird.
Da auch Fahrzeuge ohne Transponder erfaßt werden, läßt sich auch
feststellen, wenn Fahrzeuge unberechtigt eine Erfassungsstelle
passieren. Es kann dann z. B. eine Kamera angesteuert werden, um
derartige Fahrzeuge photographisch festzuhalten.
Ganz andere Verwendungsmöglichkeiten ergeben sich auf technischen
Gebieten, in denen fest installierte Transponder zur Übertragung
von Steuerungsinformation auf bewegliche Objekte dienen, z. B. zur
Übertragung von Streckeninformation auf spurgeführte
Verkehrsmittel. Durch ein Entfernungstor, das eine Auswertung nur
im Nahbereich von z. B. (0-3 m) zu läßt, läßt sich hier die Gefahr,
daß beispielsweise von einem Zug ein in einem Nachbargleis
verlegter Transponder abgefragt und somit falsche Information
aufgenommen wird, beseitigen.
Claims (9)
1. Vorrichtung zum Erfassen und Auslesen von relativ zu dieser
Vorrichtung beweglichen Transpondern (T), die codierte Information
tragen, mit einer Sende- und Empfangseinheit (H), die ein
hochfrequentes Abfragesignal abstrahlt und ein von einem auf die
Frequenz des Abfragesignals abgestimmten Transponder entsprechend
dessen codierter Information modulierten, reflektierten Anteil
dieses Abfragesignals als Empfangssignal aufnimmt, diesen
demoduliert und das demodulierte Signal einer Auswerteeinheit (AW)
zur Decodierung zuführt,
dadurch gekennzeichnet, daß dem das
Empfangssignal aufnehmenden Eingang (Antenne A) der Sende- und
Empfangseinheit ein Laufzeitfilter (SM) nachgeschaltet ist, das ein
empfangenes Signal nur dann zur Auswerteeinheit (AW) weiterleitet,
wenn dieses innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters nach
Aussenden des Abfragesignals eingetroffen ist.
2. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Laufzeitfilter zwei Phasenmodulatoren (PM1, PM2) aufweist,
denen als Modulationssignal (S1) ein von einem Code-Generator (CG)
erzeugter charakteristischer Code zugeführt wird, daß der erste
Phasenmodulator (PM1) das Abfragesignal und der zweite
Phasenmodulator (PM2) das Empfangssignal entsprechend dem
charakteristischen Code zwischen 0° und 180° in der Phase umtastet
und daß das Modulationssignal (S1) dem zweiten Phasenmodulator
(PM2) über ein Verzögerungsglied (VG) zugeführt wird, dessen
Zeitverzögerung der Summe der Laufzeiten des Abfragesignals und des
Empfangssignals auf der Strecke zwischen auslesender Vorrichtung
und Transponder (T) entspricht.
3. Vorrichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der charakteristische Code ein digitaler Pseudo-Zufallscode ist.
4. Vorrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Taktfrequenz des charakteristischen Codes kleiner als ein
Drittel der Frequenz des Abfragesignals ist und daß der Kehrwert
der Taktfrequenz der einzustellenden Durchlaßbreite des
Laufzeitfilters entspricht.
5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß zum Aussenden des Abfragesignals und zum
Aufnehmen des Empfangssignals dieselbe Antenne (A) vorgesehen ist,
daß zwischen einem der Frequenzerzeugung für das Abfragesignal
dienenden Hochfrequenzgenerator (G) und der Antenne (A)
Zirkulatoren (Z1, Z2) vorgesehen sind, die das Abfragesignal und
das in Gegenrichtung laufende Empfangssignal voneinander trennen,
so daß das Abfragesignal über einen Sendepfad und das
Empfangssignal über einen Empfangspfad geführt werden, und daß der
erste Phasenmodulator (PM1) im Sendepfad und der zweite
Phasenmodulator (PM2) im Empfangspfad angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem
zweiten Phasenmodulator (PM2) in Empfangsrichtung ein Mischer (HM)
nachgeschaltet ist, der ein den zweiten Phasenmodulator (PM2)
passierendes Empfangssignal mit dem vom Hochfrequenzgenerator (G)
erzeugten Hochfrequenzsignal multiplikativ mischt, und daß der
Ausgang des Mischers zur Ausgabe eines Erfassungssignals für einen
Transponder oder ein das Abfragesignal reflektierendes Objekt über
einen Tiefpaß (TP) mit einer Anzeigeeinrichtung verbunden ist.
7. Vorrichtung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß
ein weiterer Mischer (DM) zur kohärenten Demodulation von vom
zweiten Phasenmodulator (PM2) durchgelassenen Empfangssignalen
vorgesehen ist, dessen Eingängen das Ausgangssignal des zweiten
Phasenmodulators und das vom Hochfrequenzgenerator (G) erzeugte
Hochfrequenzsignal zugeführt sind, und daß der Ausgang des weiteren
Mischers mit der Auswerteeinheit (AW) verbunden ist.
8. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorstehenden
Patentansprüche zum selektiven Auslesen einzelner, in vorgegebener
Entfernung befindlicher Transponder, insbesondere von Transpondern,
die an auf unterschiedlichen Fahrspuren einer Straße befindlichen
Fahrzeugen befestigt sind.
9. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1
bis 7 in einem Verkehrssystem mit spurgebundenen Fahrzeugen und mit
entlang von Fahrspuren angeordneten, Steuersignale auf Fahrzeuge,
die die Fahrspuren benutzen, übertragenden Transpondern, zum
Ausblenden von Störungen und Signalen, die von Transpondern
außerhalb einer jeweils benutzten Fahrspur abgegeben werden.
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