RU2784689C1 - Децентрализованный цифровой детектор микронаушников - Google Patents

Abstract

Настоящее техническое решение относится к области вычислительной техники. Программно-аппаратный комплекс для детекции системы микронаушников содержит по меньшей мере один дистанционный контроллер и центральный контроллер, причем дистанционный включает в себя: катушку индуктивности, выполненную с возможностью приёма полезного сигнала от системы микронаушника; последовательно соединенные каскады низкочастотных усилителей, выполненные с возможностью приема сигнала с катушки индуктивности, причем на выходе усилителей установлены полосовые фильтры для фильтрации шумов; последовательно соединенный триггер Шмитта, выполненный с возможностью преобразования сигнала; последовательно соединенный аналого-цифровой преобразователь с вычислительным модулем, DSP процессор, последовательно соединенный приёмопередатчик на технологии связи wifi, при этом питание подведено от аккумулятора через соединенный последовательно повышающий модуль напряжения и соединенный последовательно стабилизатор напряжения (9), причем к аналого-цифровому преобразователю с вычислительным модулем (5) подключен модуль связи на технологии bluetooth. Технический результат - повышение качества и эффективности детекции систем микронаушников за счет увеличения дальности приема сигнала и повышения помехоустойчивости. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее техническое решение относится к области вычислительной техники, в частности, к программно-аппаратным комплексам для детекции системы микронаушников.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Из уровня техники известно решение, выбранное в качестве наиболее близкого аналога, RU 2756097 (C1), опубл. 28.09.2021. Данное изобретение относится к области радиотехники, а именно к приемникам, и может быть использовано для обнаружения наушников. Устройство включает в себя индуктор, усилитель и динамик. Корпус и каркас индуктора изготовлены из материала, нейтрального к электромагнитным волнам. Усиление входного сигнала с индуктора осуществляется каскадом последовательно включенных в катушку усилителей, подключенных к полосовому фильтру речевых частот, соединенному с аналого-цифровым преобразователем со встроенным вычислительным модулем.

Предлагаемое решение направлено на устранение недостатков современного уровня техники и отличается от известных решений тем, что предложенный комплекс реализован с увеличенной дальностью приема сигнала от системы микронаушника, с повышенной помехоустойчивостью и максимальной автоматизацией процесса детекции системы микронаушников, за счет совершенствования системы приема электромагнитных сигналов и последующей аналого-цифровой обработки низкочастотного электромагнитного сигнала от индукционной петли, входящей в систему микронаушника.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Технической проблемой, на решение которой направлено заявленное решение, является создание программно-аппаратного комплекса для детекции системы микронаушников. Дополнительные варианты реализации настоящего изобретения представлены в зависимых пунктах изобретения.

Технический результат заключается в повышении качества и эффективности детекции систем микронаушников за счет увеличения дальности приема сигнала и повышения помехоустойчивости.

Заявленный технический результат достигается за счет осуществления программно-аппаратного комплекса для детекции системы микронаушников содержащего, по меньшей мере, один дистанционный контроллер и центральный контроллер, причем дистанционный включает в себя:

катушку индуктивности, выполненную с возможностью приема полезного сигнала от системы микронаушника;

последовательно соединенные каскады низкочастотных усилителей, выполненные с возможностью приема сигнала с катушки индуктивности, причем на выходе усилителей установлены полосовые фильтры для фильтрации шумов;

последовательно соединенный триггер Шмитта (4), выполненный с возможностью преобразования сигнала;

последовательно соединенный аналого-цифровой преобразователь с вычислительным модулем (5);

DSP процессор (6);

последовательно соединенный приемопередатчик на технологии связи wifi (7), причем питание подведено от аккумулятора через соединенный последовательно повышающий модуль напряжения (8) и соединенный последовательно стабилизатор напряжения (9), причем к аналого-цифровому преобразователю с вычислительным модулем (5) подключен модуль связи на технологии bluetooth (10);

при этом центральный контроллер включает в себя:

высокочастотный приемопередатчик;

аппаратно-вычислительный модуль с интегрированным алгоритмом выявления голосовой активности;

устройство звуковой передачи;

устройство отображения, предназначенное для отображения графического интерфейса пользователя с интерпретацией сигнала микронаушника;

аккумулятор.

В частном варианте реализации описываемого комплекса, центральный контроллер предназначен для коммутации и анализа принятых сигналов с одного или нескольких дистанционных устройств.

ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Реализация изобретения будет описана в дальнейшем в соответствии с прилагаемыми чертежами, которые представлены для пояснения сути изобретения и никоим образом не ограничивают область изобретения. К заявке прилагаются следующие чертежи:

Фиг. 1, иллюстрирует общую схему программно-аппаратного комплекса.

Фиг. 2, иллюстрирует блок схему алгоритма выявления голосовой активности.

ДЕТАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В приведенном ниже подробном описании реализации изобретения приведены многочисленные детали реализации, призванные обеспечить отчетливое понимание настоящего изобретения. Однако, квалифицированному в предметной области специалисту, будет очевидно каким образом можно использовать настоящее изобретение, как с данными деталями реализации, так и без них. В других случаях хорошо известные методы, процедуры и компоненты не были описаны подробно, чтобы не затруднять излишне понимание особенностей настоящего изобретения.

Кроме того, из приведенного изложения будет ясно, что изобретение не ограничивается приведенной реализацией. Многочисленные возможные модификации, изменения, вариации и замены, сохраняющие суть и форму настоящего изобретения, будут очевидными для квалифицированных в предметной области специалистов.

Предлагаемое техническое решение предназначено для обнаружения/детекции систем микронаушников. За счет совершенствования системы приема электромагнитных сигналов и последующей аналого-цифровой обработки низкочастотного электромагнитного сигнала от индукционной петли, входящей в систему микронаушника, повысилась автоматизация процесса детекции системы микронаушников.

Предлагаемое техническое решение дополнительно осуществляет децентрализованную детекцию системы микронаушников, а также повышает избирательность приема, за счет введения протокола двухфакторной инициализации системы микронаушников.

Задача децентрализации процесса детекции системы микронаушников решается за счет следующих усовершенствований.

1. Разделение устройства на две части - центральный контроллер и дистанционный контроллер. Центральный контроллер может быть установлен на столе проверяющего, либо находиться, непосредственно в его руках. При этом дистанционный контроллер (один или несколько) располагается около проверяемых.

2. Установка в каждой части устройства беспроводного приемопередатчика, для коммутации и обработки принятых сигналов центральной частью с одного или нескольких дистанционных частей.

3. Установка динамика и/или разъема под наушники для воспроизведения принимаемого сигнала, располагаемые в центральной части устройства.

4. Установка устройства отображения (дисплея), предназначенного для отображения графического интерфейса пользователя с интерпретацией сигнала системы микронаушника и возможностью взаимодействия с интерфейсом.

5. Наличие в аппаратно-вычислительном модуле функции записывающего и хранящего информацию узла, для дистанционной доказательной базы инициализации сигнала микронаушника, с возможностью последующего ознакомления с данной информацией.

Питание устройств осуществляется при помощи беспроводных индукционных систем на протоколе связи QI и аккумуляторов, что позволяет упростить транспортировку и процесс зарядки устройств.

Программа двухфакторной защиты, интегрированная в аппаратно-вычислительный модуль, позволяет находить уникальные паттерны сигнала от индукционной петли микронаушника и не иметь при этом ложных инициализаций работы микронаушника.

Двухфакторная защита состоит из двух последовательных алгоритмов: защитная амплитудная модуляция и обученная нейросеть определения голоса в низкочастотном диапазоне. Аппаратно-программное воплощение заключается в сравнении низкочастотно-амплитудной модуляции сигналов с нескольких дистанционных контроллеров в реальном времени с референсными значениями.

В дополнении к двухфакторной защите используется система определения местоположения системы микронаушника. Данный алгоритм осуществляется путем выстраивания сплошной сети примыкающих один к другому треугольников, в вершине каждого треугольника располагается дистанционный коннектор, выстраивая линии микротрелатерации. Программно-аппаратный комплекс способен определить направление и местонахождение сигнала используя амплитудно-низкочастотные характеристики, учитывая диаграмму направленности каждой антенны дистанционного контроллера.

Программно-аппаратный комплекс, состоит из дистанционного и центрального контроллера и устанавливается в помещении любого размера на расстоянии возможной связи Wi-fi 5.1 ГГц. При наличии трех и более дистанционных контроллеров, находящихся на рабочем расстоянии друг от друга, система запускает процесс “синергии”, объединяя дистанционные контроллеры в единую сеть защиты от использования микронаушников, выстраивая на устройстве отображения карту расположения дистанционных контроллеров в пространстве.

Синергия устройств осуществляется с использованием спецификации Bluetooth 5.1, посредством функции AoA (angle of arrival, угол прибытия), позволяющей определить угол и расстояние сигнала Bluetooth. Функция реализуется при помощи совмещения технологии массива антенн, расположенных как на центральном контроллере, так и с использованием дистанционных контроллеров, которые выступают в роли массива антенн, взаимно определяя сигналы по разности фаз принимаемых как массивом антенн на центральном контроллере, так и разностью фаз на антеннах других дистанционных контроллерах, выступая в роли передатчика при определении собственного местоположения, и приемником и частью массива антенн при определении соседних дистанционных контроллеров.

Использование функции сравнения прецизионности принимаемых сигналов от дистанционных антенн не только к центральному контроллеру, но и к соседним дистанционным контроллерам в иных направлениях сигнала, как части каскада антенн, позволяет повысить точность измерений.

Данное решение позволяет быстро определить взаиморасположение дистанционных контроллеров, при этом каждое последующее определение во время одного процесса “синергии” позволяет делать это быстрее, из-за частого появления известных переменных, таких как расстояние от одного дистанционного контроллера до центрального контроллера и расстояние от одного дистанционного контроллера до другого дистанционного контроллера.

Задача введения двухфакторной инициализации системы микронаушников решается за счет следующих усовершенствований конструкции.

1. В дистанционном контроллере устанавливается аппаратно-вычислительные модуль, который обеспечивает анализ и выделение паттернов сигнала от системы микронаушника катушкой индуктивности дистанционного контроллера в реальном времени.

2. При наличии уникального паттерна от системы микронаушников происходит первый протокол защиты, и сигнал передается на приемопередатчик дистанционного контроллера для последующего его анализа центральным контроллером.

3. Приемопередатчик центрального контроллера принимает сигнал дистанционного контроллера и обрабатывает его, проводя второй протокол защиты двухфакторной инициализации при помощи нейронной сети на наличие голосовых паттернов в окружающем пространстве дистанционного контроллера.

4. Анализ текущей ситуации в помещении заключается в регистрации и обработке не только текущих параметров окружающего частотного диапазона сигнала с одного дистанционного устройства, но и соотношение сигналов с различных связанных дистанционных устройств, вычисляя параметры сигнала и проводя вычисления, связанные с триангуляцией сигнала от системы микронаушника, При наличии уникального паттерна микронаушника, на центральном контроллере появляется уведомление о наличии пользователя, показывая его местонахождение на карте помещения.
Устройство сравнивает окружающий частотный диапазон с нескольких точек, определяя как наличие уникального паттерна микронаушников, так и местонахождение данного сигнала при помощи триангуляции сигнала.

5. Процесс триангуляции происходит посредством анализа сигнала программно-вычислительными методиками не только на разных антеннах дистанционных контроллеров, но и на разных полюсах индуктивной катушки. Имея направление и силу принимаемого сигнала с каждого дистанционного контроллера, появляется возможность с высокой точностью определить точное местоположение сигнала в пространстве.

Дистанционные контроллеры устанавливаются на места проведения испытания, в непосредственной близости от испытуемых, при этом установка возможна от 1-2 до 100 дистанционных контроллеров на один центральный контроллер. После установки дистанционных контроллеров, на дисплее экрана центрального контроллера появляется информация о возможности синергии системы - объединения дистанционных контроллеров в единую сеть. Во время синергии происходит определение дистанционными контроллерами расстояния между друг другом и их направление, позволяя центральному контроллеру определить местонахождение в пространстве каждого дистанционного контроллера и выстроить миниатюрную карту, для понимания проверяющими о точном местонахождении системы микронаушников, при их наличии.

Центральный контроллер сравнивает частотный диапазон на момент повторяющихся паттернов частотного диапазона порядка 40 раз в секунду, что позволяет повысить его селективность. При наличии уникального сигнала от системы микронаушника и прохождении двухфакторной инициализации, устройство записывает в память факт срабатывания и уведомляет об этом проверяющего, путем индикации на устройстве отображения с местонахождением системы микронаушника на миниатюрной карте и опционально - звуковым сигналом.

Центральный контроллер может быть интегрирован в кейс для хранения, который параллельно является зарядным модулем.

Проверяющему предлагается воспроизвести полученный сигнал в динамиках или, опционально, в наушниках. Во время прослушивания паттернов сигнала - устройство переходит в режим обычного определения спектра на наличие уникальных паттернов индукционной петли микронаушника;

Фиг. 1, иллюстрирует общую схему программно-аппаратного комплекса. Полезный сигнал от системы микронаушника принимается катушкой индуктивности (1), после которой сигнал идет на соединенные последовательно каскады низкочастотных усилителей (2), на выходе из которых стоят полосовые фильтры для фильтрации шумов (3), затем сигнал идет на соединенный последовательно триггер Шмитта (4), преобразуя сигнал, далее сигнал передается на соединенный последовательно аналого-цифровой преобразователь с вычислительным модулем (5), затем сигнал последовательно идет на аудиокодек (6), а затем на последовательно соединенный приемопередатчик на технологии связи wifi (7). Питание подведено от аккумулятора через соединенный последовательно повышающий модуль напряжения (8) и соединенный последовательно стабилизатор напряжения (9), при этом к аналого-цифровому преобразователю с вычислительным модулем (5) подключен приеомпередатчик - модуль связи на технологии wifi (10).

Принципиальная электрическая схема центрального контроллера включает в себя wifi антенну приемопередатчика (11) с маршрутизатором (12) с целью одновременного подключения от 1 до 100 дистанционных устройств, одноплатный микрокомпьютер (13) на архитектуре ARM, якорный модуль связи bluetooth 5.1 (14) с подключенным массивом антенн (15) для интеграции технологии AoD позиционирования устройств, а также приемопередатчик wifi (16) для связи и передачи информации c приемопередатчиком wifi (17) с экраном дисплея (18). Питание подведено от аккумулятора (19) с соединенным последовательно блоком питания 5В (20). В схеме имеется модуль питания боидов на технологии QI, соединенный последовательно (21). Центральный контроллер также содержит устройство звуковой передачи (например, динамик и/или разъем для наушников).

Фиг. 2, иллюстрирует блок схему алгоритма выявления голосовой активности. Определение голоса осуществляется с помощью алгоритма спектрального анализа по принципу близости параметров речевых паттернов.

На центральном контроллере происходит визуализация местонахождения одного или несколько подключенных дистанционных контроллеров, их состояние (аккумулятор, сопряжение со системой). Дистанционные контроллеры настраиваются на магнитное поле и обмениваются между собой сигналами, тем самым определяя местоположения друг друга (по спецификации Bluetooth 5.2). За счет чего на дисплее, в миниатюрной карте, отображаются все дистанционные контроллеры. При выявлении системы микронаушника на дисплей выводится уведомление ALLERT - и отображается источник сигнала. Центральный контроллер принимает информацию от единиц агента об обнаружении системы микронаушника, обеспечивает последующую триангуляцию исходящего сигнала от системы микронаушника, а также запись аудиофайла в флеш-память.

Сущность изобретения поясняется примерами, которые служат лишь для обеспечения понимания заявляемого технического решения и не являются ограничивающими.

Пример 1.

Программа автоматического определения прошла апробацию в искусственных условиях.

Удобство децентрализованного опыта использования децентрализованного цифрового детектора микронаушников было доказано на апробации на базе пункта сдачи тестового экзамена ГИБДД, где был установлен “Децентрализованный цифровой детектор микронаушников” в помещении рассчитанном на 18 мест сдачи теста на теоретическое знание ПДД.

Расстановка столов в две линии, имея среднее расстояние между столами порядка 2 метра на проход и 1.5 метра между столами в линии было принято решение установки одного дистанционного контроллера на 2 стола (на 2,4,6,8 стол в каждом ряду), всего в эксперименте было задействовано 1 центральный и 8 дистанционных контроллеров.

Центральный контроллер находился у проверяющего на входе, который занимался заполнением протоколов и выполнением своих должностных обязанностей, согласно проведенному эксперименту, решение которое представлено децентрализованным цифровым детектором микронаушников позволяет проверяющему не отвлекаться от выполнения своих рабочих обязанностей, нежели чем использование обычного “цифрового детектора микронаушников” , где пользовательский опыт сводится к обязательному наличию отдельного проверяющего, который должен постоянно быть вовлеченным в опыт использования устройства и перемещаться по помещению.

Пример 2.

Эксперимент в условиях “ЕГЭ/ОГЭ”. Проводился на базе школы, выступающей пунктом сдачи единого государственного экзамена, и состоял из двух этапов. Помещение представляло из себя помещение, вмещающее 3 ряда по 4 парты в каждом ряду, за одной партой сидел один испытуемый. Испытуемыми были 12 человек без опыта списывания, но с полным объяснением проведения испытания и подготовкой информации за 2 дня до проведения эксперимента. Условия для испытуемых состояли в максимальном приближении к реальным условиям экзамена, их цель состояла в максимально возможном обмане проверяющих. Проверяющий не знал, что микронаушники надеты на каждом из испытуемых.

На первом этапе испытуемые использовали микронаушники и писали сочинение под диктовку помощника, аналогично части С ЕГЭ по Русскому Языку. Проверяющий, проходя между рядами смог обнаружить только 4 испытуемых, из 12 человек. Данный результат объясняется догадкой большинства испытуемых, что во время того, как проверяющий с “переносным детектором микронаушников” находился близко, необходимо было выключать или передавать условный сигнал через “кнопку-пищалку” микронаушника помощнику о том, что необходимо переставать диктовать.

В данном случае “переносной детектор микронаушников” не смог обнаружить большинство испытуемых, по причине опыта пользователя - испытуемые обманули систему прибегнув к простому пониманию перемещения проверяющего.

На втором этапе, проверяющему было выдано устройство “децентрализованный цифровой детектор микронаушников”. На парту каждому испытуемому был установлен дистанционный контроллер, а проверяющему был выдан центральный контроллер. После подключения и момента синергии устройств, проверяющему на экране высветилось уведомление, что информация об использовании микронаушников поступает с каждого дистанционного контроллера. Прослушав 12 записанных аудиодорожек с каждого акта сработки системы детекции микронаушников, проверяющий предположил, что микронаушник имеется у каждого из присутствующих.

Эксперимент был повторен с иным числом пользователей и иными проверяющими многократно.

Изначальная гипотеза подтверждается итоговым резюме эксперимента - опыт использования, состоящего из децентрализованной системы дистанционных контроллеров, имеет абсолютное число обнаружения систем микронаушников.

В настоящих материалах заявки было представлено предпочтительное раскрытие осуществление заявленного технического решения, которое не должно использоваться как ограничивающее иные, частные воплощения его реализации, которые не выходят за рамки испрашиваемого объема правовой охраны и являются очевидными для специалистов в соответствующей области техники

Claims (14)

1. Программно-аппаратный комплекс для детекции системы микронаушников, содержащий по меньшей мере один дистанционный контроллер и центральный контроллер, причем дистанционный включает в себя:

катушку индуктивности, выполненную с возможностью приёма полезного сигнала от системы микронаушника;

последовательно соединенные каскады низкочастотных усилителей, выполненные с возможностью приема сигнала с катушки индуктивности, причем на выходе усилителей установлены полосовые фильтры для фильтрации шумов;

последовательно соединенный триггер Шмитта (4), выполненный с возможностью преобразования сигнала;

последовательно соединенный аналого-цифровой преобразователь с вычислительным модулем (5);

DSP процессор (6);

последовательно соединенный приёмопередатчик на технологии связи wifi (7), при этом питание подведено от аккумулятора через соединенный последовательно повышающий модуль напряжения (8) и соединенный последовательно стабилизатор напряжения (9), причем к аналого-цифровому преобразователю с вычислительным модулем (5) подключен модуль связи на технологии bluetooth (10);

при этом центральный контроллер включает в себя:

высокочастотный приемопередатчик;

аппаратно-вычислительный модуль с интегрированным алгоритмом выявления голосовой активности;

устройство звуковой передачи;

устройство отображения, предназначенное для отображения графического интерфейса пользователя с интерпретацией сигнала микронаушника;

аккумулятор.

2. Программно-аппаратный комплекс по п. 1, в котором центральный контроллер предназначен для коммутации и анализа принятых сигналов с одного или нескольких дистанционных устройств.

Images