RU1773191C

RU1773191C - Устройство для идентификации объектов

Info

Publication number: RU1773191C
Authority: RU
Inventors: В.М. Жуков; М.В. Жуков
Original assignee: Жуков Владимир Михайлович
Priority date: 1990-10-10
Filing date: 1990-10-10
Publication date: 1995-01-09

Abstract

Устройство для идентификации объектов. Использование: для опознавания подвижных транспортных средств, розыска потерпевших аварию. Сущность изобретения: содержит запросчик 1, синхронизатор 2, два передатчика 3 и 7, два направленных ответвителя 4 и 8, развязывающий блок 5, передающую антенну 3 запросчика, смеситель 9, блок 10 автоматической подстройки частоты, приемную антенну 11 запросчика, приемник 12, дешифратор 13, блок 14 выдачи информации, ответчик 15, приемную антенну 16 ответчика, смеситель 17 ответчика, n линий задержки 18, n коммутаторов 19, передающую антенну 20 ответчика, что позволяет получить более узкую диаграмму направленности и повысить разрешающую способность. 2 - 6, 2 - 7, 7 - 9 - 10 - 7, 4 - 9, 8 - 5, 11 - 14, 16 - 20, 16 - 17. 1 п. ф-лы, 3 ил.

Description

Изобретение относится к радиолокационной технике, а именно к системам с пассивным ответчиком, и может найти применение для опознавания подвижных транспортных средств, розыска потерпевших аварию альпинистов, идентификации коров, находящихся в стойле.

Известны [1] системы (фиг. 1) с пассивным ответчиком, содержащие запросчик 1, включающий передатчик 2, линию задержки 3, передающую антенну 4, блок запрета 5, приемную антенну 6, приемник 7, дешифратор 8 и блок 9 выдачи информации, пассивный ответчик 10, в состав которого входят приемопередающая антенна 11, подключенная к двум резонаторам 12, последовательно соединенные линии задержки 13 и коммутаторы 14.

В этой системе передатчик 2 запросчика вырабатывает высокочастотные колебания, которые через линию задержки 3 подводятся к передающей антенне 4, излучаются, принимаются приемопередающей антенной 11 ответчика 10 и через резонаторы 12 и коммутаторы 14 поступают на линию задержки 13, отводы которой в соответствии с кодом подсоединены к входу резонаторов 12. Например, на фиг. 1б изображена 5-отводная линия задержки, 1, 3 и 4-й отводы которой подключены к резонаторам 12. Поэтому на его вход поступят импульсы, представленные на фиг. 1,в, т.е. будет передано число 13 (1+2²+2³). Если же подключить пятый вывод, то будет передано число 29 (1+2²+2³+2⁴).

Таким образом, линия задержки 12 при поступлении на ее вход одиночных ВЧ-импульсов позволяет сформировать код, присвоенный объекту, на котором установлен ответчик. Кодированный сигнал излучается приемопередающей антенной 11 ответчика, принимается приемной антенной 6 запросчика, усиливается приемником 7 и подается на дешифратор 8, который проводит его идентификацию путем расшифровки кода. Расшифрованная информация с помощью блока выдачи информации 9 выдается потребителю.

Эти системы по сравнению с системами, содержащими активный ответчик, имеют преимущество в практически неограниченном сроке службы, т.к. не потребляют энергию. Поэтому они нашли широкое применение. В частности они используются для автоматической регистрации автомобиля при его проезде через платную магистраль [2], идентификации номера железнодорожного вагона [3] и др.

Недостаток их состоит в низкой разрешающей способности. Это объясняется тем, что в них можно использовать относительно низкие частоты, т.к. для получения кодированного ответного сигнала необходимо использовать многоотводные линии задержки на поверхностных акустических волнах [4], преобразователи которых представляют собой встречно-штыревые структуры, ширина линии последних должна удовлетворять условию d =

, где λ - длина акустической волны, распространяющейся в линии задержки. В свою очередь
λ =

, где v - скорость распространения ПАВ, для ниобата v = 3400 м/с;
f - частота. Следовательно d =

, f =

.

Величина d ограничивается технологическими возможностями. При использовании современных фотолитографических методов с трудом может быть достигнуто значение d = 10^-6 м. Тогда при v = 3400 м/с, f = 850 МГц. Следовательно, в подобных системах не могут быть использованы высокие частоты. Поэтому при приемлемых размерах антенны запросчика невозможно создать узкий луч, то не дает возможности использовать эти системы для обнаружения с требуемой разрешающей способностью, что необходимо в ряде случаев, в частности для отыскания нужного контейнера на погрузочно-разгрузочной площадке, идентификации коровы, находящейся в стойле для поиска затерявшихся альпинистов и т. п.

Кроме того, при наличии двух ответчиков в зоне уверенного приема (согласно [2], эта зона достигает 210 м при мощности передатчика 1 мВт) возможна неправильная идентификация. Например, при одновременном облучении двух ответчиков, один из которых имеет код 10001, а другой код 01110, дешифратор расшифрует принятые сигналы обоих счетчиков как 11111.

Цель изобретения - повышение разрешающей способности при идентификации объектов.

Поставленная цель достигается тем, что в известную систему, содержащую ответчик, включающий в себя приемную антенну ответчика, последовательно соединенные n линий задержки и n коммутаторов, и запросчик, включающий в себя передающую антенну запросчика, первый передатчик, последовательно соединенные приемную антенну запросчика, приемник, дешифратор и блок выдачи информации, введены в состав запросчика развязывающий блок, первый направленный ответвитель, последовательно соединенные синхронизатор, выход которого соединен с входом первого передатчика, второй передатчик, и второй направленный ответвитель, второй выход которого подключен к второму входу развязывающего блока, смеситель, блок автоматической подстройки частоты, вход первого направленного ответвителя соединен с выходом первого передатчика, а выходы соответственно с первым входом развязывающего блока и вторым входом смесителя, выход блока автоматической подстройки частоты соединен со вторым входом второго передатчика, а в состав ответчика введены смеситель и передающая антенна ответчика, входы смесителя соединены с выходами приемной антенны, а выход г подключен к входам n линий задержки, выход n коммутаторов соединены с входом передающей антенны. Выходом системы является выход блока выдачи информации запросчика, передающий код с выходом дешифратора потребителю.

Сущность заявляемой системы состоит в том, что в запросчике применяются два СВЧ-передатчика, несущие частоты f₁ и f₂ которых сдвинуты на величину, равную частоте настройки линии задержки ответчика. Это позволяет использовать сравнительно высокие несущие частоты f₁, f₂ и получить высокую разрешающую способность при относительно малых размерах антенного устройства. Например, при f₁ = 9370 МГц, диаметре антенны D = 1 м ширина диаграммы направленности антенны (ДНА) = 57·

=

≈ 3^°, в то время как в прототипе при использовании наивысшей частоты 1000 МГц и том же диаметре антенны ширина ДНА = 30^о.

Сравнение заявленного устройства с прототипом показывает наличие вновь введенных блоков: синхронизатора, направленных ответвителей, смесителя, блока автоматической подстройки частоты, второго передатчика и развязывающего блока в запросчике, передающей антенны и смесителя в ответчике и их связями с остальными блоками системы. Введение таких блоков в соответствии с описанными связями неизвестно, что позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого решения критерию "новизна".

Вновь вводимые блоки широко известны [5, 6, 7]. Однако их применение в соответствии с описанными связями дает возможность использовать в передатчике запросчика достаточно высокие частоты и сформировать при приемлемых размерах антенны узкие диаграммы направленности, которые при использовании в передатчиках запросчика несущей частоты в диапазоне 10-15 Гц дают возможность получить при тех же размерах антенны в 30-35 раз более узкую диаграмму направленности антенны, чем в прототипе, в котором несущая частота ограничивается примерно 1 ГГц технологическими возможностями фотолитографии.

Применение узких диаграмм повышает разрешающую способность и исключает одновременное облучение ответчиков, что отсутствует в прототипе. Это позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого устройства критерию "существенное отличие".

На фиг. 1 представлена схема прототипа; на фиг. 2 - функциональная схема заявляемого устройства; на фиг. 3 - эпюры, поясняющие ее работу.

Устройство включает в себя запросчик 1, содержащий синхронизатор 2, первый передатчик 3, направленный ответвитель 4, развязывающий блок 5, передающую антенну 6, второй передатчик 7, второй направленный ответвитель 8, смеситель 9, блок 10 автоматической подстройки частоты, приемную антенну 11, приемник 12, дешифратор 13, блок 14 выдачи информации, а также ответчик 15, имеющий приемную антенну 16, смеситель 17, n линий задержки 18, n коммутаторов 19 и передающую антенну 20.

Выходом системы является дешифратор 13, выход которого подключен к потребителю через блок выдачи информации 14.

Устройство работает следующим образом.

Синхронизатор 2 (фиг. 3) формирует короткие импульсы а, под действием которых на выходе первого и второго передатчиков возникают высокочастотные импульсы б и в, частоты которых соответственно равны f₁и f₂; f₁ > f₂. Часть энергии этих импульсов через направленные ответвители 4 и 8 поступает на выходы смесителя 9, а возникающие на его входе колебания разностной частоты f_p = f₁ - f₂ поступают на вход системы 10 автоматической подстройки частоты. Если f_p не равна частоте настройки системы автоматической подстройки частоты f_н, которая, в свою очередь, выбирается равной частоте настройки n линий задержки 18 ответчика, то на выходе блока 10 автоматической подстройки частоты возникает управляющее напряжение, которое воздействует на второй передатчик, таким образом, чтобы f₂ = f₁ - f_н.

Колебания первого 3 и второго 7 передатчиков через развязывающий блок 5 подводятся к передающей антенне 6 запросчика, излучаются и принимаются приемной антенной 16 ответчика и поступают на выход смесителя 17 ответчика. Возникающие на его выходе колебания разностной частоты f_p = f₁ - f₂ возбуждают многоотводную линию задержки 18, формирующую кодовую последовательность импульсов д, которая через n коммутаторов 19 подводится к передающей антенне 20, излучается и принимается приемной антенной 11 запросчика 1, усиливается приемником 12 и поступает в дешифратор 13, на выходе которого формируется код в соответствии с кодом линии задержки. С помощью блока выдачи информации 14 эти данные передаются по линии сзади потpебителю.

Преимуществом заявляемого устройства по сравнению с прототипом является более узкая диаграмма направленности антенны. Например, при использовании f₁ = 15 ГГц (длина волны = 20 мм) и антенне 6 диаметром D = 400 мм может быть сформирован узкий луч, имеющий ширину диаграммы направленности
θ = 70

=

= 3,5^°.

С помощью такого луча может быть достигнута разрешающая способность
Δr =

· R = 0,05R, где R - расстояние до цели.

Например, при R = 2 м, Δ r = 0,1 м, т.е. в этом случае могут быть разрешены два объекта, находящиеся на расстоянии Δ r = 0,1 м между ними. Столь малое расстояние позволяет использовать такую систему для идентификации, например, коров, находящихся в стойлах. Применение передающей антенны 6 с большим раскрывом (D = 1200 мм), позволит использовать систему и для обнаружения потерпевших аварию альпинистов. В этом случае при R = 200 м
Δr₁=

=

≈ 3,3 м . Другим преимуществом системы, связанной с применением сверхкоротковолновых колебаний, является возможность получения более коротких зондирующих импульсов, (например 20-30 нс), что позволяет уменьшить длину линии задержки за счет сокращения расстояния Δ L между отводами, т.к.

ΔL =

. Например, при t_и = 50 н
ΔL =

= 85·15^-6м = 85 мкм . Тогда для получения n = 32 разрядного кода необходима длина линии задержки L = n Δ L = 32 ^. 85 ^. 10^-6 = 2,6 мм, что примерно в 4 раза меньше, чем в [2].

Это, в свою очередь, уменьшит стоимость ответчика, поскольку она определяется в основном стоимостью материала линии задержки. Кроме того, использование двух частот f₁ и f₂ позволяет снизить частоту настройки линии задержки до 60-70 МГц по сравнению с f = 440 МГц, описанной в [2], что снижает требования к точности изготовления и технологических операций изготовления фотошаблона, с помощью которого изготавливаются многоотводные линии задержки. Предлагаемое устройство содержит широко известные узлы и является реализуемым.

При коэффициенте усиления антенн 6 и 16 запросного каналов G₆ = 100 и G₁₆ = 1 и ответного каналов G₃ = G₁₉ = 1, расстоянии R = 5 м h = 0,02 потери в радиологии (РЛ) запросного канала N_запр = 30 дБ, а ответного канала N_отв = 23 дБ. Общие потери в (РЛ)
при N_преоб = 20 дБ, N_A = 30 дБ
N_рл = 32+20+30+14=96 дБ. При сравнительно низкой чувствительности приемника и дешифратора N_пр = 115 дБ необходимая мощность передатчика: N_прд = N_рл - N_пр= 96-115 = -19 дБ или мощность передатчика р ≈ 1,1 . 10^-2 Вт.

В качестве передатчиков 3 и 7 могут быть использованы маломощные полупроводниковые генераторы Ганна, описанные в [5] , импульсная модуляция СВЧ-колебаний которых может осуществляться с помощью pin-диодов, описанных в [6] . Смесители и блок автоматической подстройки частоты описаны, например, в [7].

В качестве приемной 11 и передающей 20 антенн могут быть использованы ненаправленные антенны, как в прототипе.

В качестве приемника 12, дешифратора 13 и оконечного блока могут быть применены аналогичные устройства прототипа.

Claims

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИДЕНТИФИКАЦИИ ОБЪЕКТОВ, содержащее ответчик, включающий в себя приемную антенну, параллельно соединенных линий задержки, входы которых объединены, а выход каждой соединен с соответствующим коммутатором, выходы которых объединены, а также содержащее запросчик, включающий в себя передающую антенну, первый передатчик, последовательно соединенные приемную антенну, приемник, дешифратор, блок выдачи информации, отличающееся тем, что, с целью повышения разрешающей способности при идентификации объектов, в состав запросчика введены, последовательно соединенные первый направленный ответвитель и развязывающий блок, последовательно соединенные синхронизатор, второй передатчик, второй направленный ответвитель, смеситель, блок автоматической подстройки частоты, выход которого соединен со вторым входом второго передатчика, кроме того, выход синхронизатора подключен к входу первого передатчика, выход которого соединен с входом первого направленного ответвителя, второй выход которого соединен со вторым входом смесителя, второй выход второго направленного ответвителя соединен с вторым входом развязывающего блока, выход которого соединен с входом передающей антенны, а в состав ответчика введены передающая антенна и смеситель, при этом выходы приемной антенны соединены с входами смесителя, выход которого подключен к объединенному входу линий задержки, объединенный выход коммутаторов подключен к входу передающей антенны ответчика.