SE534937C2 - RFID system för identifiering av tåg - Google Patents

Description

534 937 SAMMANFATTNING AV UPPFlNNlNGEN Uppfinningen består av ett RFID-system med en riktad antenn för frekvenser inom ett tilldelat RFID-band på lllgre frekvens än l GHz, där nämnda antenn är integrerad med minst tva riktningskänsliga dopplersensorer intill antennens patch och dar dopplersensorema fdr kompakta antenndirnensioner och överensstämmelse med frekvensbestämmeiser, verkar vid 9 GHz eller högre. l Europa är frekvensbanden för ddpplcrsensorer fördelade på 9 till ll Gl-lz.

Tack vare den mycket högre frekvensen hos doppienadíon an hos RFID-systemet kan det tomma utrymmet pa RFlD-antennens jordpian användas för dopplersensorer och rikta ioberna i motsatt riktningar och med hög riktverkan. I en utfbringsform av uppfinningen är RFID-patchen avsedd för linjär polarisering med dopplersensorema placerade pä jordplanet längs en icke strålande sida av patchen däri princip ingen strålande fillt finns. En linjärt polariserad tagg tlr per definition mycket mer kompakt och kostar mindre än ett cirkulart polariserad tagg och blir därmed en önskad alternativ for installation på jämvägsfordon, och dessutom ger ett linjarpolariserat system i allmänhet högre prestanda med avseende pä räckvidd än ett eirkulärpoiariserat system.

RFID-antennen är normalfallet i huvudsak orienterad vinkelrätt mot banan medan dopplersensorema är riktade bort från denna riktning ltlngs spåret i två riktningar. Den dopplersensor som pekar i riktning mot ett ankommande tag gor att RFID-läsaren att byta frän vlloläge med lag stromttlrbrukning, till aktivt lage med aktiv sändare för identifiering av taggar pä ett passerande tag medan det passerar genom zonen. Pâ så satt förblir RFID-läsaren i viloläge tills ett objekt klassificeras som ett giltigt och ska identifieras genom aktiv läsning av RFID-taggar på fordonet eller fordonen. Dopplersensom fungerar i puisad läge att ytterligare spara energi, men är pulsad tillrackligt ofta fbr att säkert upptäcka objekten.

Signalerna från den dopplersensor som pekari tågets tjärrnande riktning jämförs med signalen från den dopplersensor som pekar l tågets ankomstrilrming för att hälla RFID-läsaren aktiv endast under så lång tid som behövs för saker identifiering av alla taggar på tåget och för att därefter växla läsaren till ett passivt tillstånd.

De direktionella dopplemertsorerna kan använda patchantenner på en díelektrisk substrat fllr kompakta matt, och i en foredragen utföringsfonn med med patchantenner ha dessa utformade i en array med minst två antennpatchar för ökad riktverkan.

Förutom identifiering av passerande fordon med minimerad energiförbrukning. avgör systemet också riktningen på passagen. Detta kan göras med hjälp av logik baserad på en sekvens av signaler frän dopplersensorema.

Genom att känna av styrkan på Doppier signaler frän sensorema kan systemet avgöra om passerande tåg kors pà önskvärda spår eller pa angränsande, parallella spår. Detta beslut har fattats genom att känna av styrkan på Doppler signaler från sensorer och/eller genom FFT-aitalys.

Systemet kan drivas med oberoende kraftkallor såsom solceller eller vindgeneretor och batteri, och kan kommunicera sina data med ett centralt system via en radiobasered metod, såsom GPRS, fbr installation och användning pä avlägsna platser.

EP0640235 som publicerades l995-03-0l och 5112070001 som publicerades 2009-0647 beskriver uppfinningar där doppieravktlnning kombineras med RHD.

Fundamenta i denna uppfinning förutsätter att olika frekvenser och separata kretsar används för RFID och doppleravkänning, medan bade EP064023S och EP207000l använder sig av samma signal frekvens och gemensamma kretsar för RFID och Doppler-avklnning. l det aktuella uppfinningen måste dopplersensoremas zoner riktas åt olika häll än identilieringszonen, och dopplersensorernas avkänningszoner måste också helst ha en smalare strålbredd än RFID-zonen för att undvika icke-önskad identifiering av ovidkommande föremål såsom människor och djur. Dessa egenskaper kan endast 534 93? uppnås med avsevärt olika frekvenser för RFID och Doppler avkilnnirig, om inte en antenn med holje som lir rnânga gånger större än hos uppfinningen skall användas.

EP0640235 avser främst tillämpningar fltr larm och passagekontroll, särskilt för användning i bilar och /eller byggnader, och där dopplernvkllnningsomrádet i allmänhet lr mindre lin identifieringsområdet för att göra det möjligt att desarmera Iarmfunktionen med lijtllp aven tagg, Detta skiljer sig till funktion i den har beskrivna uppfinningen dar doppleravktlnningsomrâdet i allmänhet ar storre an identifieringsomràdet. Ttgidentifiering omnilrnns inte i EP064023 5.

EP207000l avser främst hantering av lager, elektronisk passerkontroll, säkerhetssystem. automatisk identifiering av bilar på avgiftsbelagda vägar och elektroniska varuiann. Doppler avkänning anvllnds för att detektera ett objekt inuti identifieringszonen, samt att öka uteffekten hos en RFID-llsare fbr att få en saker identifiering. Detta skiljer sig från funktionen i den har beskrivs uppfinningen där huvuddelen av doppleravlritnningsområdet ligger utanför identitieringsomrâdet. Tâgidentifieríng nämns inte i EP207000l.

US2009303004 publicerade 2009-1240 beskriver ett RFID-system som omfattar fastställande av en rörelse psrarneter i RFID-taggen och bygger på att upptacka dopplerfrekven stbrskjutning i en radiofrekvent signal som tas emot från RFID-taggen. Den har föreliggande uppfinningen använder sig av väsentligt olika frekvenser för RFID-fimktion och Doppler avkänning. Tågidentiftering inte nämns i US2009303004.

En tillverkare av RFID-läsare fbrjllrnvilgar erbjuder en lilsare som lir utformad för montering mellan skenorna och som kan upptäcka rtirelseriktning hos ett tåg med hiâlp av en inbyggd dopplerradar. Även denna läsare anvander sig av samma frekvens for doppleravkltnning och RFID-funktioner och fungerar pa 2,45 Gl-lz istallet fbr lägre frekvens än l GHz som är relevant för denna uppfinning. Sagda 2,45 GHz läsare arbetar endast med batteriassisterade taggar, medan RFID-läsare enligt denna uppfinning sänder ut en strålning som driver taggarna och kan dlrflir arbeta med taggar som inte har ett batteri. Även om RFID fbrjämvägar samt RFID i kombination med doppleravkllnningsteknik används i stor utsträckning sedan manga ar, har inget RFID-system för järnvägar såvitt känt kombinerat dessa två tekniker på ett optimalt siltt förjâmvilgstillämpningar.

Den här beskrivna uppfinningen beskriver en lösning med RFID lörjtlmvlgar i kombination med doppleravkilnningsteknik där alla de nämnda problemen finner en elegant lösning.

BESKRIVNING AV RITNINGARNA Uppflnningen skall nu beskrivas mer i detalj där Figur l visar schematiskt ett RFID-system förjämvltgsidentifiering Figur 2 visar en sekvens av signaler för logiska slutsatser om ett passerande tåg Figur 3 visar en RFID-antenn med två dopplersensorer Figur 4 visar en doppiersensor med en antennanay 534 937 róaznrulcaua uwóarnosroamaa Figur l visar ett jtlmvltgsspår 17 och en stolpe l2 dar solceller l l och ett batteri l3 driver en RFID-läsare med antenn och dopplersensorer på en stolpe. För att spara energi drivs dopplersensorerna helst i en pulsad läge med låg arbetsfaktor. Den vänstra sensorloben 14 riktar sig mot den vltnstra sidan av stolpen och den högra sensorloben IS riktar sig mot höger sida av stolpen. Varje lob år inrättad att först upptäcka arrkommarlde tåg från vllnster respektive höger. Når ett tåg anlllnder upptäcks detta med hjlllp av algoritmer i eller med anslutning till dopplersensom aktiveras RFID-läsaren så att taggar på tåget fordon kan lasas i RFID lob l6.

Figur 2 visar spår A och B som löper parallellt och intill varandra. Spåren ar inrättade för tåg i riktning mot hoger 2l och riktning mot vänster 26.

Dopplerdetekterirrgssigrlalerria 24 och 25, när tåget passerar genom områden i 22 och 23, uppträder i den ordning som representerar tågets rörelseriktrring. Punkterna 27, 28, 29 och 30 motsvarar kanterna av detekterlngszonerna.

Beroende på dopplersigrlalernas styrka och/eller fi-eltvenskomponenter, kan rörelseriktrlingenbeståmmas av logik och/eller med FFT. På så slltt sparar systemet energi, registrerar tågets rörelseriktning och ltlserendast fordonstaggar på riltt spår.

Figur 3 visar en riktad RFID-antenn lör frekvenser lltgre ltn i GHz, dar antennpatchen 33 ar plaoerad framför ett större jordplan 32. Två doppiersensorer 31 monteras påjordplanet bredvid patchen dar i princip inger strålande fält finns. Efiersom dopplersensorerna arbetar med patchantenner över 9 GHz, år deras antenner proportionellt mindre än RFID-antennen. När luft används mellan jordplan och patch i RFID-antennen, och ett dielektriskt material med dielektricltetskonstsnt högre än luft används mellan jordplan och patch i dopplersensoms patchantenrl, lr denna skillnad annu mer uttalad och möjliggör en rad med två eller flera patchantenner i dopplersensom för optimal riktverkan.

Med hög riktverkan i Doppler sensom, lr det rnöjligt att sikta sensorn något uppåt så att endast tåg upptäcks och inte djur eller personer som rör sig på marken. På detta sätt säkerställs att endast tág och inte människor eller djur kommer att starta en RFID identifieringsproeess.

Figur 4 visar en dopplersensor med en array 4l med två patchantenner för sändning och en annan array 42 med två patchantenner för mottagning. Eftersom arrayema består av patchar ovanför varandra, är den vertikala lobbredden reducerad så att endast ett relativtt högt jamvågsfordon upptäcks och ett relativt lågt objekt såsom en person eller en djur inte upptttcks. Även om den har beskrivna uppfinningen och dess fördelar har beskrivits i detalj, bör man inse att olika förändringar, byten och utföringsforrner för faokmannen kan lösas utan att avvika från den enda och omfattas av föreliggande uppfinning enligt följande patentkrav.

Claims (12)

534 93? 5 KRAV

1. Radiofrekvent identifieringssystem (RFID) för jåmvägar, kannetecknat av att en RFID-läsare verkar med en riktad RFID-antenn på lågre frekvens ån 1 GHz, där dennas patchantenn är integrerad med minst två riktningskänsliga dopplersensorer (31) och där dessa dopplersensorer arbetar vid 9 GHz eller högre frekvens.

2. RFID-system enligt krav 1, kånnetecknat av att RFID-antennen är riktad i huvudsak vinkelrätt (16) mot spåret och att var och en av dopplersensorema år riktade i huvudsak bort ifrån vinkelrätt i var och en (14, 15) av spårets två riktningar.

3. RFID-system enligt någon av de tidigare krav, kännetecknat av att RFlD-antennens patch (33) utformats med linjär polarisation (34) och att dopplersensorer (31) är placerade i markplanet längs en icke strålande sida av nämnda antennpatch där i princip ingen strålande fält (35) finns.

4. RFID-system enligt något av de tidigare krav, kånnetecknat av att dopplersensorema drivs i pulsat läge med låg arbetsfaktor.

5. RFID-system enligt någon av tidigare krav, kännetecknat av att den dopplersensor som pekar i riktning mot ett ankommande tåg gör att RFID-läsaren skiftar från vilolåge med låg strömförbrukning till aktivt läge med aktiverad sändare för identifieríng av taggar på passerande tåg.

6. RFID-system enligt något av tidigare krav, kånnetecknat av att detekteringssignaler (25) från den dopplersensor som pekar i tågets ijånnanderilctningjåmfltrs med detekteringssignalen (24) från den dopplersensor som pekar i tågets ankomstriktning och håller RFID-läsaren aktiv så lång tid som behövs för säker identifiering av taggar på tåget för att dårefier växla över läsaren till vilande tillstånd.

7. RFID-system enligt något av tidigare krav, kånnetecknat av att dopplersensorema utnyttjar patchantenner (41, 42) på ett dielektriskt substrat.

8. RFID-system enligt någon av tidigare krav, kånnetecknat av att patchantenner hos dopplersensorema ar utformade med en array av minst två antennpatchar för ökad nktverkan.

9. RFID-system enligt något av tidigare krav, som kånnetecknat av att systemet, förutom identifiering, även avgör riktningen för passage genom logik.

10. RFID-system enligt något av tidigare krav, som kånnetecknat av att systemet avgör om passerande tåg körs på förväntat spår eller på angränsande, parallella spår, genom att känna av styrkan på dopplerssignaler från sensorerna.

11. l 1. RFID-system enligt något av tidigare krav, kännetecknat av att systemet avgör om passerande tåg körs på förväntat spår eller på angränsande, parallella spår, genom FFT-analys av dopplersignaler från sensorema.

12. RFID-system enligt något av tidigare krav, kännetecknar av att systemet drivs med solceller (1 1) eller en vindgenerator och ett batteri (13), samt att systemet kommunicerar sina data med ett centralt system via en radiobaserad metod såsom GPRS.