NO176897B - System for område-begrensning - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et område-begrensende system som muliggjør deteksjon av ønskede tilbakesprednings-modulerte signaler, men forhindrer deteksjon av uønskede tilbakesprednings-modulerte signaler, og som også effektivt diskriminerer mot systemstøy og utstrålt støy. Mer spesielt benytter systemet ifølge oppfinnelsen et med hensikt innført signal som blir kombinert både med ønskede og uønskede signaler for å generere et kombinert signal fra hvilket ønskede tilbakesprednings-modulerte signaler lett kan detekteres. Systemer av denne type er beskrevet i US patent nr. 4 739 328.

De signaler som brukes i oppfinnelsen for å bli detektert, kommer fra små tilbakespredere, kalt "merkelapper". Disse merkelappene er anbrakt på bevegelige eller bevegbare gjenstander, slik som kjøretøy, tog eller skips-containere. I tilfelle av kjøretøyer, for eksempel, er det ønskelig å oppnå spesiell informasjon vedrørende bilen eller lastebilen. Informasjonen inneholdes i merkelappen som er montert på kjøretøyet, og blir overført ved hjelp av tilbakesprednings-modulasjon fra det bevegelige kjøretøy når det passerer gjennom en bomstasjon. Andre kjøretøy utstyrt med merkelapper passerer imidlertid også gjennom tilstøtende kjørebaner eller beveger seg bak det ønskede kjøretøy i samme kjørebane til samme tid. Hvis antennene for innsamling av de tilbakespredte signalene er riktig innrettet, vil det være en liten differanse i signalstyrke mellom et ønsket og et uønsket tilbakespredt signal. I nærvær av annen støy samt systemstøy i selve deteksjonssystemet, har imidlertid disse små amplitude-differansene vist seg å være vanskelige å skjelne.

En teknikk som brukes til å forbedre diskrimineringsevnen til systemet, er beskrevet i US-patent nr. 4888591 som er inngitt 6. oktober 1988 og tilhører foreliggende søker. Teknikken ifølge denne oppfinnelsen er imidlertid et alternativ, og kan anvendes sammen med den teknikken som er beskrevet i ovennevnte patentsøknad, for å frembringe den mest effektive signal-diskriminering, spesielt i områder med stor signaltraf ikk.

Hvit støy er tidligere blitt brukt til å modulere bære-frekvensen til modulerte radarsignaler. Retur-ekkoet fra målet blir blandet med en del av det utsendte signalet. Blanderutgangen blir forsterket i en båndpass-forsterker. De koherente og inkoherente deler av det forsterkede signal blir så sammenlignet. Hvis den koherente del er større med en forut bestemt mengde, enn den inkoherente del, vet man at målet er blitt detektert av radaren. Et slikt system som bruker hvit støy, er beskrevet i US patent nr. 3 906 493. Et lignende system som bruker farget støy, er beskrevet i US patent nr. 3 668 702. En annen terskelteknikk for radar som varierer terskel-nivået opp og ned for å eliminere støy og klutter fra det detekterte signalet, som så trer frem over terskelen.

Alle disse tidligere kjente systemene blander støy eller andre ikke-deterministiske signaler med det utsendte signalet for å oppnå signaldiskriminering. Støy og klutter er signaler som utilsiktet er til stede i systemet. Det område-begrensende systemet ifølge oppfinnelsen innfører derimot med hensikt et deterministisk signal som det ikke kan oppnås noen ønsket informasjon fra, med det mottatte signal for å forhindre deteksjon av et mottatt signal fra en merkelapp som har lavere amplitudenivå enn ønsket.

Støy som påvirker signal-deteksjon og pålitelighet, kan komme fra mange kilder. I tillegg til den eksternt utstrålte støy som plukkes opp av systemets antenne og hvis type og amplitude er uforutsigbar, vil det også være lese- og forsterkerstøy som er mer forutsigbar, men som kan variere noe fra en utstyrs-komponent til en annen. Størrelsen på denne systemstøyen kan dessuten også variere med omgivelses-betingelsene, slik som temperaturen, noe som også gjør det uforutsigbart.

Amplituden av det ønskede retur-signalet varierer også. For eksempel kan amplituden variere med den utsendte radiofrekvens-effekt, avstanden mellom leser-antennen og merkelappen, orienteringen av merkelappen i forhold til antennen, effektiviteten til merkelappen, samt miljøfaktorer slik som tåke, regn, snø og fysiske hindringer mellom merkelappen og leseren. Det er ikke alltid mulig å klargjøre geografiske og miljømessige forhold tilstrekkelig til å diskriminere mellom nærliggende merkelapper uten forbedringen ifølge foreliggende oppfinnelse.

I henhold til oppfinnelsen er det tilveiebrakt et område-begrensende system av den type som fremgår av de vedføyde patentkravene. Det område-begrensende systemet ifølge oppfinnelsen er i stand til å skjelne ønskede mottatte signaler som har en amplitude over et forut bestemt terskel-nivå og minst en annen gjenkjennbar, forutbestemt egenskap, fra andre mottatte signaler under denne forut bestemte terskel-amplituden. Systemet har en anordning for å kombinere det mottatte signalet, som er av ukjent amplitude som kan være over eller under den forut bestemte terskel-amplitude, med et kjent signal med forut bestemt terskel-amplitude som har minst en annen forut bestemt egenskap som kan skjelnes fra den andre gjenkjennbare egenskap ved det mottatte signal. Utgangen fra kombineringsanordningen føres til en signalbehandlings-anordning som frembringer et utgangs-signal hvis andre gjenkjennbare egenskap er bestemt av det mottatte signal bare når det mottatte signal er over den forut bestemte terskel-amplitude, og av det kjente signal når det mottatte signal er under den forut bestemte terskel-amplitude. Forekomsten eller fraværet av det ønskede mottatte signal blir bestemt på grunnlag av analyse av den andre forut bestemte egenskap ved utgangssignalet fra signalbehandlings-anordningen.

Bruken av et kjent, deterministisk signal, som beskrevet, oppviser betydelige fordeler overfor tidligere kjente systemer som innfører tilfeldige signaler, eller "støy". Selv om retur-signalet fra merkelappen i systemet ifølge oppfinnelsen er noe usikker, er det kjente signalet som retur-signalet sammenlignes med, ikke lenger usikkert eller variabelt. I motsetning til støysignaler er det mulig å gjøre det kjente signalet ifølge oppfinnelsen tilstrekkelig større enn det naturlige støynivået til systemet, slik at variasjoner i den naturlige støy ikke påvirker system-følsomheten eller avstanden. Det kjente signalet som brukes i oppfinnelsen, har dessuten ikke de uklare eller tilfeldige egenskapene til hvit eller farget støy, noe som tillater innstilling av en skarp terskel og forhindrer at den ønskede områdeinnstilling forblir upåvirket av de statistiske egenskapene til tilfeldig støy.

Nok en fordel ved systemet ifølge oppfinnelsen er at fordi det kjente signalet ikke er tilfeldig, kan det utsendte radiofrekvente effektnivået holdes høyere enn hvis tilfeldig støy ble brukt som kriterium for terskel-innstillingen. Dette sikrer at retursignal-nivået er gått over nivået til system-, forsterker- og omgivelses-støyen.

Det er også viktig at det kjente signalet har minst en egenskap i tillegg til amplitude som gjør det skjelnbart fra virkelig returnerte, tilbakesprednings-modulerte signaler fra en virkelig merkelapp. I en foretrukket utførelsesform et signalet et 40 kHz firkantbølge-signal som innføres i systemet i signalbanen mellom merkelappen og avleseren. Alternativt kan det kjente signalet koples til selve avleseren. Et slikt jevnt 40 kHz signal kan lett skjelnes fra retur-merkelapp-signaler som typisk veksler mellom 40 kHz og 20 kHz.

En mulighet for frembringelse av det kjente signalet er å bruke en spesiell merkelapp-lignende innretning, slik som en ekstra merkelapp, som vekselvirker i rommet med det radio-frekvente feltet til merkelappen som skal detekteres. Det kjente signalet kommer inn i systemet på samme måte som det virkelige returnerte, tilbakesprednings-modulerte signalet fra merkelappen. Amplituden til det kjente signalet kan innstilles enten ved rom-messig anbringelse av en ytterligere merkelapp, eller ved å regulere drivkraften til det modulerende element i den ytterligere merkelapp. Hvis det kjente signalet fra denne ytterligere merkelappen har større amplitude enn andre returnerte merkelapp-signaler, vil systemet ikke avlese noen av de vanlige retur-merkelappene. Det kjente signalet utgjør derfor en effektiv maskering mot avlesning av uønskede merkelapper. Ønskede merkelapper vil ha en signalamplitude i overkant av merkelappen som frembringer det kjente signalet.

Hvis den direkte koplingsmetoden benyttes, kan det kjente signalet koples ved å bruke en koplings-innretning anbrakt i den radio-frekvente koaksialkabel-forbindelsen mellom radiofrekvens-modulen og antennen. Amplituden kan reguleres ved å bruke regulerbar dempning i koplingen mellom radiofrekvens-modulen til radiofrekvens-antennekabelen og det modulerende element. Alternativt kan 40 kHz drivsignalet til det modulerende element varieres.

Det vises til de vedføyde tegninger, hvor:

Fig. 1 er et skjema over en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen; Fig. 2 er et skjema over en annen foretrukket utførelses- form av oppfinnelsen; Fig. 3 (a)-(d) er en rekke kurver som viser utgangen under mottakelsen av et ønsket signal i det område-begrensende system ifølge en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen; og Fig. 4 (a)-(d) er en rekke kurver som viser utgangen ved fravær av mottakelsen av et ønsket signal i det område-begrensende system ifølge en foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen.

Det vises til figur 1 hvor et radiofrekvent signal blir utsendt ved hjelp av en sender/mottaker 10 gjennom en sirkulator 11 til en antenne 12 og til en merkelapp 13. Det utsendte signalet blir tilbakesprednings-modulert ved hjelp av merkelappen 13 under bruk av et vekslende 20 kHz/40 kHz signal som modulator. Den ønskede informasjon fra merkelappen inneholdes i for-skyvningene mellom 20 og 40 kHz. Retursignalet fra merkelappen 13 mottas av antennen 12, mates gjennom sirkulatoren 11 til et blandetrinn 14. Det utsendte signalet fra senderen/mottakeren 10 som også mates til blandetrinnet 14, blir brukt i dekodingsprosessen, som beskrevet i US patentsøknad nr. 254 254 inngitt 6. oktober 1988. Retursignalet føres fra blandetrinnet 14 gjennom en kondensator 16 og en begrensnings-forsterker 17 til en dekoder 18.

Det kjente signalet, for eksempel i den foretrukne ut-førelsesform et 4 0 kHz firkantbølge-signal, blir innført i forsterkeren 20 og mates gjennom et variabelt dempeledd 21 og en kondensator 22 inn i en moduleringskrets 25. Moduleringkretsen 25 er sammensatt av en motstand 26 som for eksempel kan være på 1 kn, en kondensator 27 som for eksempel kan være 68 picofarad og en diode 28 som for eksempel kan være en diode nr. 5082-2 8 00 levert av Hewlett Packard Corporation. Moduleringskretsen 25 frembringer en liten endring i impedansen mellom sirkulatoren 11 og antennen 12. Den modulerte utgangen fra moduleringskretsen 25 strømmer tilbake gjennom sirkulatoren 11 og inn i blandetrinnet 14, og videre til dekoderen 18 hvor dets virkning vil blir beskrevet nedenfor. En liten del av utgangssignal-effekten vil også bli overført gjennom antennen 12. Nivået på denne delen er imidlertid tilstrekkelig lite til å oppfylle alle forskrifter og spesifikasjoner. Amplituden av 40 kHz signalet kan reguleres ved å bruke det variable dempeledd 21, fortrinnsvis et logaritmisk potensiometer.

Kretsen på figur 2 representerer en annen foretrukket utførelsesform av oppfinnelsen. Komponenter som svarer til de som er vist på figur 1, bærer samme henvisningstall. I denne utførelsesformen blir det kjente 40 kHz signalet innført i en modulerende felteffekt-transistoranordning 41. Styrken til det 40 kHz modulerte radiofrekvens-signalet blir variert ved å bruke et variabelt dempeledd 42. Utgangen fra dempeleddet 42 blir koplet til radiofrekvens-linjen mellom sirkulatoren 11 og antennen 12. Mikrostripe-koplingsanordningen 50 som kan brukes for kopling av disse signalene, må være godt konstruert, fortrinnsvis ved bruk av en koaksial konstruksjon siden isolasjonen mellom senderen/mottakeren 10 og den modulerende felteffekt-transistoranordning 41 bør være i størrelsesorden 2 0 til 100 dB, avhengig av nivået til det innførte 40 kHz signalet. Modulasjon blir frembrakt ved å endre radiofrekvens-impedansen til felteffekt-transistoren 41. Også i denne utførelsesformen ankommer en meget liten del av det innførte, kjente 40 kHz signalet ved antennen 12, igjen godt innenfor statlige forskrifter. En motstand 43 er den vanlige avslutnings-resistans for kopleren 50.

Virkemåten for område-begrensningen ifølge oppfinnelsen kan best forstås under henvisning til figur 1 og 2 sammen med kurvene på figur 3 og 4. Et representativt returnert merkelapp-signal er vist på figur 3 (a). Dette signalet er typisk en firkantbølge med pulser enten ved 20 eller 40 kHz. Ved å bruke anordningen på figur 1 eller 2 blir dette merkelapp-retursignalet kombinert med det innførte, kjente 40 kHz signalet som er vist på figur 3 (b). I den foretrukne utførelsesform av oppfinnelsen blir de to signalene kombinert som modulerte radiofrekvens-signaler før radiofrekvens-deteksjon. Detektoren eller blandetrinn-utgangen vil ha utseende til de signaler som er vist på figur 3 og 4 hvis slike signaler ble sett på et oscilloskop. Kombinasjonen av disse signalene som radiofrekvens-signalene før deteksjon sikrer at de blir kombinert lineært. Alternativt kunne man kombinere signalene som "basisbånd"-signaler etter deteksjon og før forsterkning, men dette er ufordelaktig fordi det i den foretrukne utførelsesform av systemet ifølge oppfinnelsen er tre parallelle forsterkningskanaler, og derfor måtte det brukes tre innførings-kretser. Kombinasjon som modulerte radiofrekvens-signaler har i tillegg den fordel at det gjør terskel-innstillingen hovedsakelig uavhengig i variasjoner i det utsendte radiofrekvens-nivå.

Det vil være klart for en fagmann på området at amplituden og polariteten til utgangen fra blandetrinnet 14 er avhengig av den relative radiofrekvens-fase mellom referanse-inngangen til blandetrinnet fra senderen/mottageren 10 og de modulerte tilbakesprednings-signaler både fra merkelappen 13 og fra det innførte kjente signalet, uansett om det utledes som i kretsen på figur 1 eller i kretsen på figur 2. Et apparat for bruk i forbindelse med dette radiofrekvens-faseproblemet er blitt beskrevet i US patentsøknader nr. 149 609 og 4 739 328, og det er klart at faseproblemene mellom det returnerte merkelapp-signal og det kjente signal kan håndteres på samme måte som beskrevet i disse tidligere oppf innelsene.

I diskusjonen som følger, antas at der ikke er noe relativt innfasings-problem og at både det returnerte radiofrekvens-signalet fra merkelappen og det kjente signalet er i den mest gunstige fasetilstand slik at prinsippene ved oppfinnelsen kan beskrives uten diskusjon av fase. Selv om der er en liten variasjon i innstillingen av terskelnivå avhengig av den relative radiofrekvens-fase, og der er en foretrukket fase for det kjente innførte signal, er virkningen forholdsvis liten og minsker ikke i særlig grad nytten av denne fremgangsmåten.

I denne illustrasjonen på figur 3 har det kjente signalet på figur 3 (b) mindre amplitude enn det returnerte merkelapp-signalet på figur 3 (a). Når de ankommer ved utgangen av blandetrinnet 14, er disse signalene blitt summert og opptrer som vist på figur 3 (c). De kombinerte signalene har de merkelige pulsformene som er vist. De blir så ført gjennom begrensnings-forsterkeren 17 som frembringer et utgangssignal som vist på figur 3 (d). Siden det kjente 40 kHz signalet har lavere amplitude enn det returnerte merkelapp-signalet på denne illustrasjonen, frembringer begrensnings-forsterkeren 17 som konstruerer pulser ved skjæringene med den prikkede linje 51 som representerer forsterkerens 17 terskel-amplitude, et utgangssignal som har de nøyaktig skjelnbare egenskapene til det opprinnelige, returnerte merkelapp-signalet, som vist ved å sammenligne figur 3 (a) og 3 (d). Dette amplitudebegrensede sumsignalet vil forsyne brukeren med alle de data som er kodet inn i merkelappen, som ble tilbakesprednings-modulert på retursignalet.

Når retursignalet fra merkelappen har lavere amplitude enn det kjente, innførte signalet på 4 0 kHz, er resultatene som vist på figur 4 (a) - (d). Det lille merkelapp-signalet er vist på figur 4 (a). Det store, kjente innførte signalet på 40 kHz er vist på figur 4 (b). De kombinerte signalene fra blandetrinnet 14 er vist på figur 4 (c). Etter begrensning er signalet fra forsterkeren 17 vist på figur 4 (d). Legge merke til at begrensnings-forsterkeren alltid rekonstruerer de

kombinerte signaler som har størst amplitude. I dette tilfellet er den største det innførte kjente signalet på 40

kHz, som er rekonstruert på figur 4 (d). Siden det kjente signalet har en kjent egenskap i tillegg til amplituden som er forskjellig fra merkelapp-signalet, kan det lett identifi-seres. Ved for eksempel å bruke det apparatet som er beskrevet i US patent nr. 4864158, inngitt 18. januar 1988, kan den regulære, enkeltfrekvens-beskaffenheten til det innførte signalet lett skjelnes fra merkelapp-signalet som blander frekvenskomponenter på 2 0 og 4 0 kHz. I dette tilfellet vil den område-begrensende kretsen ifølge oppfinnelsen forhindre at et uønsket merkelapp-signal hvis amplitude er under den ønskede terskel som innstilles ved hjelp av det kjente signalets terskel-amplitude, blir avlest.

Selv om en 40 kHz firkantbølge blir foretrukket som det kjente signal, kan ethvert signal med en annen egenskap enn dets amplitude som adskiller det fra et merkelapp-signal, benyttes. Firkantbølge-signaler er kompatible med det utstyr som er beskrevet i dekoderen i ovennevnte US-patentsøknad.

Selv om oppfinnelsen er blitt beskrevet under henvisning til foretrukne utførelsesformer, kan det foretas mange modifikasjoner uten å avvike fra rammen for oppfinnelsen slik den fremgår av de følgende krav.

Claims (14)

1. Områdebegrensende system for å skjelne ønskede mottatte signaler som har en amplitude over et forutbestemt terskelnivå og en første gjenkjennbar, forutbestemt egenskap, fra andre mottatte signaler under den forutbestemte terskel-amplitude, karakterisert ved en anordning for å levere et kjent signal hvis amplitude velges å være terskel-amplituden over hvilken det er ønskelig å motta signaler, idet det kjente signal har en andre gjenkjennbar, forutbestemt egenskap som kan skjelnes fra de ønskede mottatte signalers første forutbestemte egenskap; en anordning for å kombinere det mottatte signalet med ukjent amplitude, som kan være over eller under den forutbestemte terskel-amplitude, med det kjente signalet; og en signal-behandlingsanordning som har de kombinerte signaler som sin inngang og som frembringer et utgangssignal med den første gjenkjennbare egenskap bestemt av det mottatte signal bare når det mottatte signal er over den forut bestemte terskel-amplitude, og av det kjente signal når det mottatte signal er under den forut bestemte terskel-amplitude, hvorved nærværet eller fraværet av det ønskede mottatte signal kan bestemmes på grunnlag av analyse av den andre gjenkjennbare egenskap ved utgangssignalet fra signal-behandlings-anordningen.

2. System ifølge krav 1, karakterisert ved at det er innrettet for å skjelne den første forutbestemte egenskap ved det ønskede mottatte signal fra den andre forutbestemte egenskap ved det kjente signal på grunnlag av tidsrelaterte trekk.

3. System ifølge krav 2, karakterisert ved at de tidsrelaterte trekk er frekvens-forskjeller.

4. System ifølge krav 2, karakterisert ved at de tidsrelaterte trekk er faseforskjeller.

5. System ifølge krav 1, karakterisert ved at signal-behandlings-anordningen er en begrensningsforsterker.

6. System ifølge krav 1, karakterisert ved at signal-behandlings-anordningen er en spennings-komparator.

7. System ifølge krav 1, karakterisert ved at signal-behandlings-anordningen er en begrensningsforsterker kombinert med en spenningskomparator.

8. System ifølge krav 1, karakterisert ved at kombinerings-anordningen er en radiofrekvens-kopler.

9. System ifølge krav 1, karakterisert ved at det omfatter en modulert tilbakespreder som leverer det ønskede mottatte signal.

10. System ifølge krav 9, karakterisert ved at det omfatter en ytterligere modulert tilbakespreder som leverer det kjente signal.

11. System ifølge krav 9, karakterisert ved at det er innrettet for å behandle uønskede signaler levert av en ytterligere modulert tilbakespreder av samme hovedtype som leverer de ønskede mottatte signaler.

12. System ifølge krav 1, karakterisert ved at en frekvens-deteksjonskrets er tilveiebrakt for bestemmelse av signal-nærvær.

13. System ifølge krav 1, karakterisert ved at anordningen for å levere et kjent signal er en tilbakesprednings-modulator hvis forut bestemte terskel-amplitude bestemmes av i hvilken grad den er koplet til kombinerings-anordningen.

14. System ifølge krav 1, karakterisert ved at anordningen for å levere et kjent signal er en tilbakesprednings-modulator hvis forut bestemte terskel-amplitude bestemmes av modulasj onsgraden.