электронный замок

Формула изобретения

Электронный замок, содержащий расположенные на объекте охраны радиопередатчик, радиоприемник, исполнительный блок и элементы включения, выполненные в виде механического замка с выключателем питания, соединенного с радиопередатчиком и радиоприемником, последовательно подключенные к выходу радиоприемника первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого фильтра нижних частот, узкополосный фильтр, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом радиоприемника, и первый фильтр нижних частот, последовательно включенные блок памяти, коррелятор, пороговый блок и исполнительный блок, кинематически связанный с механическим замком, а также средство для кодирования, расположенное вне объекта охраны и выполненное в виде последовательно включенных первого колебательного контура, средства преобразования частоты, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом генератора модулирующего кода, и второго колебательного контура, отличающийся тем, что он снабжен фазовращателем на +30°, фазовращателем на -30°, фазовращателем на +90°, третьим и четвертым перемножителями, вторым и третьим фильтрами нижних частот, двумя блоками вычитания, причем к выходу радиоприемника последовательно подключены третий перемножитель, второй вход которого через фазовращатель на +30° соединен с выходом узкополосного фильтра, второй фильтр нижних частот, первый блок вычитания, фазовращатель на +90° и второй блок вычитания, второй вход которого соединен с выходом первого фильтра нижних частот, а выход подключен к второму входу коррелятора, к выходу радиоприемника последовательно подключены четвертый перемножитель, второй вход которого через фазовращатель на -30° соединен с выходом узкополосного фильтра, и третий фильтр нижних частот, выход которого соединен с вторым входом первого блока вычитания.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемый замок относится к технике защиты различных объектов от несанкционированного доступа посторонних лиц, в частности к электронным замкам.

Известны электронные замки (авт. свид. СССР №№358.495, 475.450, 506.693, 592.693, 699.155, 878.889, 1.000.547, 1.201.472, 1.252.468, 1.326.718, 1.776.744; патенты РФ №№2.002.020, 2.037.046, 2.043.476, 2.159.836; патенты США №№4.831.860, 5.209.088; патенты Великобритании №№2.141.774, 2.261.254; патенты ФРГ №№3.407.128, 3.907.326; патенты Франции №№2.559.193, 2.692.309; патенты Японии №№59-192.167, 60-29912 и другие);

Из известных электронных замков наиболее близким к предлагаемому является «Электронный замок» (патент РФ №2.159.836, Е 05 В 49/00, 2000), который и выбран в качестве прототипа.

При нахождении вблизи замка средства для кодирования, выполненного, например, в виде ключа или брелока, генератор излучает радиосигнал, частота которого преобразуется в средстве для кодирования, после чего опять излучается и принимается усилителем (приемником), настроенным на эту частоту. При совпадении частоты настройки с частотой принимаемого сигнала замок открывается.

Данный замок обеспечивает повышение помехозащищенности, надежности и скрытности. Это достигается использованием сложных сигналов с фазовой манипуляцией, которые обладают структурной и энергетической скрытностью.

Однако известный замок имеет сравнительно низкую помехоустойчивость к узкополосным помехам.

Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости электронного замка путем подавления узкополосных помех.

Поставленная задача решается тем, что электронный замок, содержащий расположенные на объекте охраны радиопередатчик, радиоприемник, исполнительный блок и элементы включения, выполненные в виде механического замка с выключателем питания, соединенного с радиопередатчиком и радиоприемником, последовательно подключенные к выходу радиоприемника первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого фильтра нижних частот, узкополосный фильтр, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом радиоприемника, и первый фильтр нижних частот, последовательно включенные блок памяти, коррелятор, пороговый блок и исполнительный блок, кинематически связанный с механическим замком, а также средство для кодирования, расположенное вне объекта охраны и выполненное в виде последовательно включенных первого колебательного контура, средства преобразования частоты, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом генератора модулирующего кода, и второго колебательного контура, снабжен фазовращателем на +30°, фазовращателем на -30°, фазовращателем на +90°, третьим и четвертым перемножителями, вторым и третьим фильтрами нижних частот, двумя блоками вычитания, причем к выходу радиоприемника последовательно подключены третий перемножитель, второй вход которого через фазовращатель на +30° соединен с выходом узкополосного фильтра, второй фильтр нижних частот, первый блок вычитания, фазовращатель на +90° и второй блок вычитания, второй вход которого соединен с выходом первого фильтра нижних частот, а выход подключен к второму входу коррелятора, к выходу радиоприемника последовательно подключены четвертый перемножитель, второй вход которого через фазовращатель на -30° соединен с выходом узкополосного фильтра, и третий фильтр нижних частот, выход которого соединен с вторым входом первого блока вычитания.

Структурная схема предлагаемого электронного замка представлена на фиг.1. Временные диаграммы, поясняющие принцип работы электронного замка, изображены на фиг.2.

Электронный замок содержит элементы 1 и 2 включения, выполненные, например, в виде механического замка с электрическим контактом, исполнительный блок 3, радиопередатчик 4, радиоприемник 5, средство 6 для кодирования, колебательные контуры 7 и 8, средство 9 преобразования частоты, генератор 10 модулирующего кода, фазовый манипулятор 11, перемножители 12, 13, 21 и 22, узкополосный фильтр 14, фильтры 15, 23 и 24 нижних частот, блок 16 памяти, коррелятор 17, пороговый блок 18, фазовращатель 19 на +30°, фазовращатель 20 на -30°, блоки 25 и 27 вычитания и фазовращатель 26 на +90°. Причем средство 9 преобразования частоты содержит гетеродин, смеситель и усилитель промежуточной частоты. Средство 6 кодирования содержит последовательно включенные колебательный контур 7, средство 9 преобразования частоты, фазовый манипулятор 11, второй вход которого соединен с выходом генератора 10 модулирующего кода, и колебательный контур 8. К выходу радиоприемника 5 последовательно подключены первый перемножитель 12, второй вход которого соединен с выходом первого фильтра 15 нижних частот, узкополосный фильтр 14, второй перемножитель 13, второй вход которого соединен с выходом радиоприемника 5, первый фильтр 15 нижних частот, второй блок 27 вычитания, коррелятор 17, второй вход которого соединен с выходом блока 16 памяти, пороговый блок 18 и исполнительный блок 3, кинематически связанный с механическим замком. К выходу радиоприемника 5 последовательно подключены третий перемножитель 21, второй вход которого через фазовращатель 19 на +30° соединен с выходом узкополосного фильтра 14, второй фильтр 23 нижних частот, первый блок 25 вычитания и фазовращатель 26 на +90°, выход которого соединен с вторым входом второго блока 27 вычитания. К выходу радиоприемника 5 последовательно подключены четвертый перемножитель 22, второй вход которого через фазовращатель 20 на -30° соединен с выходом узкополосного фильтра 14, и третий фильтр 24 нижних частот, выход которого соединен с вторым входом первого блока 25 вычитания.

Электронный замок работает следующим образом.

При нажатии на ручку 1 механического замка замыкаются контакты, подавая питание на радиопередатчик 4 и радиоприемник 5.

Радиопередатчик 4 излучает сигнал высокой частоты

U_C(t)= _С*Cos( _Сt+ _С), 0 t Т_С,

где _С, _С, _С, Т_С - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность сигнала.

Причем длительность Т_C сигнала определяется временем нажатия на ручку 1 замка. Указанный сигнал принимается колебательным контуром 7, настроенным на несущую частоту _С, и поступает на первый вход смесителя, на второй вход которого подается напряжение гетеродина

U _г(t)= _г*cos( _гt+ _г).

На выходе смесителя образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем промежуточной частоты выделяется напряжение промежуточной (разностной) частоты (фиг.2,а)

U_пр(t)= _пр*Cos( _прt+ _пр), 0 t Т_C,

где _пр=1/2*К₁* _C* г;

K₁ - коэффициент передачи смесителя;

_пр= _с- _г - промежуточная частота;

_пр= _С- _г,

которое поступает на первый вход фазового манипулятора 11, на второй вход которого подается модулирующий код M(t) (фиг.2,6), с выхода генератора 10 модулирующего кода. На выходе фазового манипулятора 11 образуется фазоманипулированный (ФМн) сигнал (фиг.2, б)

U₁(t)= _пр*Cos[ _прt+ _К(t)+ _пр], 0 t Т_C,

где _к(t)={0, } - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M ₁(t) (фиг.2, б), причем _K(t)=const при k* _Э<t<(k+1)* _Э и может изменяться скачком при t=k* _Э, т.е. на границах между элементарными посылками (k=1, 2,..., N-1);

_Э, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Т_с (Т_с=N* _Э);

который излучается в эфир последством колебательного контура 8, настроенного на промежуточную частоту _пр.

Указанный ФМн-сигнал принимается радиоприемником 5, настроенным на промежуточную частоту _пр, и поступает на первые входы перемножителей 12, 13, 21 и 22. На второй вход перемножителя 13 с выхода узкополосного фильтра 14 подается опорное напряжение (фиг.2,г)

U ₀(t)= ₀*Cos( _прt+ _пр), 0 t T_С,

В результате перемножения указанных сигналов образуется результирующее колебание

U₂ (t)= ₂*cos _K(t)+ ₂*cos[2 _прt+ _K(t)+ _пр], 0 t Т_C,

где ₂=1/2*К₂* _пр* ₀;

К₂ - коэффициент передачи перемножителя.

Аналог модулирующей функции (фиг.2,д)

U_H(t)= ₂*Cos _K(t), 0 t Т_С.

выделяется фильтром 15 нижних частот и подается на первый вход блока 27 вычитания и на второй вход перемножителя 12, на выходе которого образуется гармоническое колебание

U₀(t)= ₃*Cos( _прt+ _пр)+ ₃*Cos[ _прt+2 _К(t)+ _пр]=2 ₃*Cos( _прt+ _пр)= = ₀*Cos( _прt+ _пр), 0 t Т_C,

где ₃=1/2*K₂* _пр* ₂;

₀=2 ₃.

Данное колебание выделяется узкополосным фильтром 14 и подается на второй вход перемножителя 13.

Следовательно, перемножители 12 и 13, узкополосный фильтр 14 и фильтр 15 нижних частот обеспечивают выделение модулирующего кода M(t) из принимаемого ФМн-сигнала, т.е. синхронное его детектирование.

Необходимым условием синхронного детектирования ФМн-сигналов является наличие в точке приема опорного напряжения, имеющего постоянную начальную фазу и частоту, равную частоте принимаемого сигнала.

Для выделения опорного напряжения непосредственно из принимаемого ФМн-сигнала разработано ряд интересных и оригинальных устройств (например, схемы Пистолькорса А.А., Сидорова В.И., Костаса Д.Ф., Травина Г.А. и др.). Однако указанным устройствам присуще явление «обратной работы», которое делает невозможным достоверное синхронное детектирование ФМн-сигналов.

Предлагаемые блоки, обеспечивающие синхронное детектирование принимаемого ФМн-сигнала, свободны от явления «обратной работы» и позволяют достоверно выделять модулирующую функцию M(t) (ее аналог) из принимаемого ФМн-сигнала.

Если в эфире действует узкополосная помеха

U_П(t)= _П*Cos( _Пt+ _П),

частота _п которого незначительно отличается от промежуточной частоты _пр принимаемого ФМн-сигнала

_П- _пр= _ф,

где _ф - полоса пропускания фильтров 15, 23 и 24 нижних частот, то аддитивная смесь принимаемого ФМн-сигнала U ₁(t) и узкополосной помехи U_П(t)

U (t)=U₁(t)+U_П(t)

с выхода радиоприемника 5 поступает на первые входы перемножителей 12, 13, 21 и 22.

Опорное напряжение U₀(t) (фиг.2,г) с выхода узколопосного фильтра 14 одновременно поступает на второй вход перемножителя 13 и на входы фазовращателей 19 и 20 на +30° и -30°, на выходе которых образуются соответствующие напряжения

U₀₁(t)= ₀*Cos( _прt+ _пр+30°),

U₀₂(t)= ₀*Cos( _прt+ _пр-30°), 0 t Т_C,

которые подаются на вторые входы перемножителей 21 и 22 соответственно. На выходе перемножителей 21 и 22 образуются следующие напряжения соответственно

U ₁(t)= ₂*Cos _K(t)+ ₂*Cos[2 _прt+ _К(t)+2 _пр]+

+ ₃*cos[( _П- _пр)t+ _П- _ПР]+

+ ₃*cos[( _п+ _пр)t+ _П+ _ПР];

U ₂(t)= ₂*Cos[ _K(t)-30°]+ ₂*Cos[2 _ПРt+ _К(t)+2 _пр-30°]+

+ ₃*Cos[( _П- _ПР)t+ _П- _ПР-30°]+

+ ₃*Cos[( _П+ _ПР)t+ _П+ _ПР+30°];

U ₃(t)= ₂*Cos[ _К(t)+30°]+ ₂*Cos[2 _ПРt+ _К(t)+2 _ПР+30°]+

+ ₃*Cos[( _П- _ПР)t+ _П- _ПР+30°]+

+ ₃*Cos[( _П+ _ПР)t+ _П+ _ПР-30°],

где ₃=1/2*К₂* _П* ₀.

Фильтрами 15, 23 и 24 нижних частот выделяются следующие низкочастотные напряжения соответственно:

U_Н1(t)= ₂*Cos _K(t)+ ₃*Cos[( _П- _ПР)t+ _П- _ПР];

U_H2(t)= ₂*Cos[ _K(t)-30°]+ ₃*Cos [( _П- _ПР)t+ _П- _ПР-30°];

U_H3(t)= ₂*Cos[ _K(t)+30°]+ ₃*Cos [( _П- _ПР)t+ _П- _ПР+30°];

На выходе первого блока 25 вычитания образуется следующая разность:

U_H1(t)=U_H2(t)-U_H3(t)= ₃{Cos[( _П- _ПР)t+ _П- _ПР-30°]-

-Cos[( _П- _ПР)t+ _П- _ПР+30°]}=

=2 ₃*Sin[( _П- _ПР)t+ _П- _ПР]*Sin30°=

= ₃*Sin[( _П- _ПР)t+ _П- _ПР].

Анализ полученной разности U_H1(t) показывает, что она представляет собой оценку помеховой составляющей, которая отличается от помеховой составляющей в основном канале поворотом по фазе на +90°.

Разностное напряжение U_H1(t) с выхода блока 25 вычитания поступает на вход фазовращателя 26 на +90°, на выходе которого образуется напряжение

U_H2(t)= ₃*Cos[( _П- _ПР)t+ _П- _ПР]

Напряжение U_H1(t) с выхода первого фильтра 15 нижних частот поступает на первый вход блока 27 вычитания, на второй вход которого подается напряжение U_H2(t) с выхода фазовращателя 26 на +90°. На выходе блока 27 вычитания образуется следующее разностное напряжение

U_H3(t)= _н1(t)- U_H2(t)= ₂*Cos _K(t),

в котором помеховая составляющая отсутствует.

Напряжение U_H3(t), представляющее собой аналог модулирующего кода (фиг.2,а), с выхода блока 27 вычитания поступает на первый вход коррелятора 17, на второй вход которого подаются модулирующие коды M₁(t)-M_П(t), записанные заранее в блоке 16 памяти, где n - количество сотрудников, имеющих доступ к электронному замку, а следовательно, и санкционированный доступ к объекту охраны.

Каждый сотрудник объекта охраны имеет свой индивидуальный модулирующий код, который записан в блоке 16 памяти и в персональном ключе (средство 6 для кодирования). Выделенный из принимаемого ФМн-сигнала аналог модулирующего кода в корреляторе 17 со своим прототипом, записанным в блоке 16 памяти, образует максимальное напряжение, пропорциональное корреляционной функции R( ). Это напряжение превышает пороговый уровень _пор в пороговом блоке 18. Пороговый уровень _пор выбирается таким, чтобы его превышали только максимальные значения корреляционных функций. При превышении порогового напряжения _nop в пороговом блоке 18 формируется управляющее напряжение, которое включает исполнительный блок 3.

При отсутствии вблизи электронного замка средства 6 для кодирования, которое может быть выполнено в виде ключа или брелока, сигнал на первом входе коррелятора 17 отсутствует и замок не открывается. Замок не открывается и в том случае, если модулирующий код, записанный в брелоке его владельца, не соответствует ни одному из кодов M₁(t)-M_П(t), записанных в блоке 16 памяти.

В электронном ключе используются сложные сигналы с фазовой манипуляцией, которые обладают структурной и энергетической скрытностью. Указанные сигналы позволяют применять новый вид селекции - структурную селекцию.

Таким образом, предлагаемый электронный замок по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение помехоустойчивости. Это достигается подавлением узкополосных помех фазокомпенсационным методом.