система опознавания автотранспорта

Формула изобретения

Система опознавания автотранспорта, содержащая запросчик, устанавливаемый на контрольном пункте, и приемоответчик, размещаемый на автотранспортном средстве, обменивающиеся между собой информацией по радиоканалу, при этом запросчик содержит последовательно включенные пульт управления, компьютер, второй вход которого соединен с выходом видеокамеры, а второй выход подключен к входу дисплея, первый передатчик, первый элемент развязки, вход-выход которого связан с первой приемопередающей антенной, и первый приемник, выход которого подключен к третьему входу компьютера, приемоответчик содержит последовательно включенные вторую приемопередающую антенну, второй элемент развязки, второй приемник, второй вход которого через инвертор соединен с выходом адресного счетчика, и декодер, группа из n выходов которого подключена к первой группе из n входов элемента сравнения, группа из n выходов первого постоянного запоминающего устройства соединена со второй группой из n входов элемента сравнения, выход которого подключен ко второму входу адресного счетчика, группа из m выходов адресного счетчика соединена с группой из m входов второго постоянного запоминающего устройства, выход которого через второй передатчик подключен к второму входу второго элемента развязки, последовательно включенные генератор тактовых импульсов и ключ, второй вход и выход которого соединены соответственно с выходом и первым входом адресного счетчика, подключенного выходом ко второму входу второго передатчика, отличающаяся тем, что первый передатчик содержит последовательно включенные первый задающий генератор, первый фазовый манипулятор, второй вход которого является входом первого передатчика и предназначен для соединения с первым выходом компьютера, первый смеситель, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, усилитель первой промежуточной частоты _пр1 и первый усилитель мощности, выход которого является выходом первого передатчика и предназначен для подключения к входу первого элемента развязки, первый приемник содержит последовательно включенные второй усилитель мощности, вход которого является входом первого приемника и предназначен для подключения к выходу первого элемента развязки, второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, первый усилитель второй промежуточной частоты _пр2, первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, первый полосовой фильтр и первый фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, а выход является выходом первого приемника и предназначен для подключения к третьему входу компьютера, второй передатчик содержит последовательно включенные второй задающий генератор, второй фазовый манипулятор, второй вход которого является входом второго передатчика и предназначен для соединения с выходом второго постоянного запоминающего устройства, третий смеситель, второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина, усилитель промежуточной частоты _пр и третий усилитель мощности, выход которого является выходом второго передатчика и предназначен для подключения к входу второго элемента развязки, второй приемник содержит последовательно включенные четвертый усилитель мощности, вход которого является входом второго приемника и предназначен для подключения к выходу второго элемента развязки, четвертый смеситель, второй вход которого соединен с выходом четвертого гетеродина, второй усилитель второй промежуточной частоты _пр2, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина, второй полосовой фильтр и второй фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом четвертого гетеродина, а выход является выходом второго приемника и предназначен для подключения к входу декодера, причем частоты _г1 и _г2 первого и второго, третьего и четвертого гетеродинов разнесены на вторую промежуточную частоту _г2- _г1= _пр2, запросчик выполнен с возможностью излучения сложных сигналов с фазовой манипуляцией на частоте ₁= _пр1= _г2, а приема - на частоте ₂= _пр= _г1, приемоответчик выполнен с возможностью излучения сложных сигналов на частоте ₂, а приема - на частоте ₁.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемая система относится к области регулирования движения автотранспорта и может быть использована для опознавания транспортных средств.

Известны системы опознавания автотранспорта (патенты РФ №2137204, 2168768; патент США №5382953; патент Великобритании №2179525; патент WO №96/13023 и другие).

Из известных систем наиболее близкой к предлагаемой является "Система опознавания автотранспорта" (патент РФ №2168768, G 08 G 1/017, 2000), которая и выбрана в качестве прототипа.

Система опознавания автотранспорта содержит запросчик, устанавливаемый на контрольном пункте, и приемоответчик, размещаемый на автотранспортном средстве, обменивающиеся между собой информацией по радиоканалу.

Технической задачей изобретения является повышение достоверности опознавания автотранспорта путем использования сложных сигналов с фазовой манипуляцией для обмена дискретной информацией по радиоканалу между запросчиком, устанавливаемым на контрольном пункте, и приемоответчиком, размещаемым на автотранспортном средстве.

Поставленная задача решается тем, что в системе опознавания автотранспорта, содержащей запросчик, устанавливаемый на контрольном пункте, и приемоответчик, размещаемый на автотранспортном средстве, обменивающиеся между собой информацией по радиоканалу, при этом запросчик содержит последовательно включенные пульт управления, компьютер, второй вход которого соединен с выходом видеокамеры, а второй выход подключен к входу дисплея, первый передатчик, первый элемент развязки, вход - выход которого связан с первой приемопередающей антенной, и первый приемник, выход которого подключен к третьему входу компьютера, приемоответчик содержит последовательно включенные вторую приемопередающую антенну, второй элемент развязки, второй приемник, второй вход которого через инвертор соединен с выходом адресного счетчика, и декодер, группа из n выходов которого подключена к первой группе из n входов элемента сравнения, группа из n выходов первого постоянного запоминающего устройства соединена со второй группой из n входов элемента сравнения, выход которого подключен ко второму входу адресного счетчика, группа из m выходов адресного счетчика соединена с группой из m входов второго постоянного запоминающего устройства, выход которого через второй передатчик подключен к второму входу второго элемента развязки, последовательно включенные генератор тактовых импульсов, ключ, второй вход которого соединен с выходом адресного счетчика, и адресный счетчик, выход которого соединен с вторым входом второго передатчика, первый передатчик содержит последовательно включенные первый задающий генератор, первый фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с первым выходом компьютера, первый смеситель, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, усилитель первой промежуточной частоты _пр1 и первый усилитель мощности, выход которого является выходом первого передатчика и подключен к входу первого элемента развязки, первый приемник содержит последовательно подключенные к выходу первого элемента развязки второй усилитель мощности, второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, первый усилитель второй промежуточной частоты _пр2, первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, первый полосовой фильтр и первый фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, а выход является выходом первого приемника и подключен к третьему входу компьютера, второй передатчик содержит последовательно включенные второй задающий генератор, второй фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с выходом второго постоянного запоминающего устройства, третий смеситель, второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина, усилитель промежуточной частоты _пр и третий усилитель мощности, выход которого является выходом второго передатчика и подключен к входу второго элемента развязки, второй приемник содержит последовательно подключенные к выходу второго элемента развязки четвертый усилитель мощности, четвертый смеситель, второй вход которого соединен с выходом четвертого гетеродина, второй усилитель второй промежуточной частоты _пр2, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина, второй полосовой фильтр и второй фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом четвертого гетеродина, а выход является выходом второго приемника и подключен к входу декодера, причем частоты _г1 и _г2 первого и второго, третьего и четвертого гетеродинов разнесены на вторую промежуточную частоту

_г2- _г1= _пр2,

запросчик излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частоте ₁= _пр1= _г2, а принимает на частоте ₂= _пр= _г1, приемоответчик, наоборот, излучает сложные сигналы на частоте ₂, а принимает на частоте ₁.

Структурная схема системы опознавания автотранспорта представлена на фиг.1. Частотная диаграмма, поясняющая процесс преобразования сигналов, изображена на фиг.2. Временные диаграммы, поясняющие работу системы, изображены на фиг.3 и 4.

Система опознавания автотранспорта содержит запросчик 1, устанавливаемый на контрольном пункте, и приемоответчик 2, размещаемый на автотранспортном средстве.

Запросчик 1 содержит последовательно включенные пульт 5 управления, компьютер 3, второй вход которого соединен с выходом видеокамеры 6, а второй выход подключен к входу дисплея 4, первый передатчик 7, первый элемент 8 развязки, вход - выход которого связан с первой приемопередающей антенной 10, и первый приемник 9, выход которого подключен к третьему входу компьютера 3.

Первый передатчик 7 содержит последовательно включенные первый задающий генератор 23, первый фазовый манипулятор 24, второй вход которого соединен с первым выходом компьютера 3, первый смеситель 26, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 25, усилитель 27 первой промежуточной частоты _пр1 и первый усилитель 28 мощности, выход которого является выходом первого передатчика 7 и подключен к входу первого элемента 8 развязки.

Первый приемник 9 содержит последовательно подключенные к выходу первого элемента 8 развязки второй усилитель 29 мощности, второй смеситель 31, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 30, первый усилитель 32 второй промежуточной частоты _пр2, первый перемножитель 33, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 25, первый полосовой фильтр 34 и первый фазовый детектор 35, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 30, а выход является выходом первого приемника 9 и подключен к третьему входу компьютера 3.

Приемоответчик 2 содержит последовательно включенные вторую приемопередающую антенну 11, второй элемент 12 развязки, второй приемник 13, второй вход которого через инвертор 14 соединен с выходом адресного счетчика 18, и декодер 15, группа из n выходов которого подключена к первой группе из n входов элемента 17 сравнения, группа из n выходов первого постоянного запоминающего устройства 20 соединена со второй группой из n входов элемента 17 сравнения, выход которого подключен ко второму входу адресного счетчика 18, группа из m выходов адресного счетчика 18 соединена с группой из m входов второго постоянного запоминающего устройства 19, выход которого через второй передатчик 16 подключен к второму входу второго элемента 12 развязки, последовательно включенные генератор 22 тактовых импульсов, ключ 21, второй вход которого соединен с выходом адресного счетчика 18, и адресный счетчик 18, выход которого соединен с вторым входом второго передатчика 16.

Второй передатчик 16 содержит последовательно включенные второй задающий генератор 36, второй фазовый манипулятор 36, второй вход которого соединен с выходом второго постоянного запоминающего устройства 19, третий смеситель 39, второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина 38, усилитель 40 промежуточной частоты _пр и третий усилитель 41 мощности, выход которого является выходом второго передатчика 16 и соединен со входом второго элемента 12 развязки.

Второй приемник 13 содержит последовательно подключенные к выходу второго элемента 12 развязки четвертый усилитель 42 мощности, четвертый смеситель 44, второй вход которого соединен с выходом четвертого гетеродина 43, второй усилитель 45 второй промежуточной частоты _пр2, второй перемножитель 46, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 38, второй полосовой фильтр 47 и второй фазовый детектор 48, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 43, а выход является выходом второго приемника 13 и подключен к входу декодера 15.

Прием частоты _г1 и _г2 первого 25 и второго 30, третьего 38 и четвертого 43 гетеродинов разнесены на вторую промежуточную частоту

_г2- _г1= _пр2.

Предлагаемая система работает следующим образом.

Оператор контрольного пункта, на котором установлен запросчик 1, наблюдает с помощью видеокамеры 6 за потоком транспортных средств. Для проведения контроля транспортного средства он набирает на пульте 5 управления его номерной знак. Сигнал с пульта 5 управления поступает на компьютер 3, где в его памяти производится поиск кода вызова, соответствующего номерному знаку данного автомобиля.

Одновременно задающим генератором 23 формируется гармоническое колебание (фиг.3,а)

U _c1(t)= _с1·Cos( _ct+ _c1), 0 t T_c1,

где _c1, _c, _c1, T_c1 - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность колебания, которое поступает на первый вход фазового манипулятора 24, на второй вход которого подается модулирующий код M₁ (t) (фиг.3,б) с первого выхода компьютера 3. Модулирующий код M₁(t) соответствует номерному знаку данного автомобиля. На выходе фазового манипулятора 24 образуется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн) (фиг.3,в)

U ₁(t)= _c1·Cos[ _ct+ _k1(t)+ _c1], 0 t T_c1,

где _k1(t)={0, } - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M ₁(t) (фиг.3,б), причем _k1(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,...,N₁-1);

_э, N₁ - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью T_c1 (T_c1 = _э·N₁),

который поступает на первый вход первого смесителя 26, на второй вход которого подается напряжение первого гетеродина 25

U_г1(t)= _г1·Cos( _г1t+ _г1)

На выходе смесителя 26 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 27 выделяется напряжение первой промежуточной (суммарной) частоты (фиг.3,г)

U_пр1(t)= _пр1·Cos[ _пр1t+ _k1(t)+ _пр1], 0 t T_c1,

где _пр1=1/2K₁· _c1· _u1;

K₁ - коэффициент передачи смесителя;

_пр1= _с+ _г1 - первая промежуточная частота;

_пр1= _с1+ _г1.

Это напряжение после усиления в усилителе 28 мощности через первый элемент 8 развязки поступает в приемопередающую антенну 10 и излучается ею в эфир на частоте ₁= _пр1= _г2, улавливается приемопередающей антенной 11 приемоответчика 2, размещенного на автомобиле, и подается через элемент 12 развязки и четвертый усилитель 42 мощности на первый вход смесителя 44. На второй вход смесителя 44 подается напряжение U_г1(t) гетеродина 43. На выходе смесителя 44 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 45 выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частоты (фиг.3,д)

U_пр2(t)= _пр2·Cos[ _пр2t+ _k1(t)+ _пр2], 0 t T_c1,

где _пр2=1/2K₁· _пр1· _г1;

_пр2= _пр1- _г1 - вторая промежуточная частота;

_пр2= _пр1- _г1,

которое поступает на первый вход перемножителя 46. На второй вход перемножителя 46 подается напряжение U_г2(t) гетеродина 38

U _г2(t)= _г2·Cos( _г2t+ _г2).

На выходе перемножителя 46 образуется напряжение промежуточной частоты (фиг.3,е)

U_пр(t)= _пр·Cos[ _г1t- _k1(t)+ _г1], 0 t T_c1,

где _пр=1/2К₂· _пр2· _г2;

_г1= _пр= _г2- _пр2 - промежуточная частота;

К₂ - коэффициент передачи перемножителя;

которое выделяется полосовым фильтром 47 и поступает на информационный вход фазового детектора 48, на опорный вход которого подается напряжение U_г1(t) гетеродина 43 (фиг.3,ж). На выходе фазового детектора 48 образуется низкочастотное напряжение (фиг.3,з)

U_н1(t)= _н1·Cos _k1(t), 0 t T_c1,

где _н1=1/2К₃· _пр· _г1;

К₃ - коэффициент передачи фазового детектора;

пропорциональное модулирующему коду M₁(t) (фиг.3,д).

Это напряжение поступает на вход декодера 15, где обнаруживаются и исправляются ошибки, возникшие в результате воздействия помех в канале радиосвязи.

На элементе 17 сравнения происходит сравнение выходного кода декодера 15 с кодом вызова, хранящимся в ПЗУ 20. При совпадении кодов элемент 17 сравнения вырабатывает импульс, который устанавливает адресный счетчик 18 в начальное состояние. На выходе переноса адресного счетчика 18 появляется потенциал высокого уровня (логическая "1"), который включает передатчик 16 и через инвертор 14 выключает приемник 13. Этот же сигнал адресного счетчика 18 открывает ключ 21 и разрешает прохождение импульсов от генератора 22 тактовых импульсов на свой тактовый вход.

В ПЗУ 19 хранится код M ₂(t) опознавания, содержащий все данные о транспортном средстве и имеющий однозначное соответствие с номером двигателя, кузова, шасси, государственным номерным знаком (выдаваемым при регистрации транспортного средства), маркой, цветом, годом выпуска и владельцем автомобиля. В данный код также введены элементы избыточности, позволяющие распознавать и устранять ошибки, возникающие в канале радиосвязи в результате воздействия помех.

При поступлении импульсов от ГТИ 22 через открытый ключ 21 на тактовый вход адресного счетчика 18 код адресного счетчика 18 будет изменяться.

Код адресного счетчика 18 будет изменяться, пока на его выходе не появиться сигнал переноса (потенциал низкого уровня, логический "0"). Сигнал переноса говорит о том, что из ПЗУ 19 полностью считан код опознавания. Данный сигнал запретит прохождения импульсов через ключ 21 на тактовый вход адресного счетчика 18, а также выключит передатчик 16 и включит приемник 13. При отсутствии тактовых импульсов код адресного счетчика 18 не будет изменяться и приемоответчик 2 будет находиться в режиме приема до поступления нового сигнала вызова.

При включении передатчика 16 задающим генератором 36 формируется гармоническое колебание (фиг.4,а)

U_c2(t)= _c2·Cos( _ct+ _c2), 0 t Т_с2,

которое поступает на первый вход фазового манипулятора 37, на второй вход которого подается импульсная последовательность M₂(t) (фиг.4,б) с выхода ПЗУ 19, определяющая код опознавания транспортного средства.

На выходе фазового манипулятора 37 образуется сложный ФМн-сигнал (фиг.4,в)

U₂(t)= _с2·Cos[ _ct+ _k2(t)+ _с2], 0 t T_c2,

который поступает на первый вход смесителя 39, на второй вход которого подается напряжение U_г2(t) гетеродина 38. На выходе смесителя 39 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 40 выделяется напряжение промежуточной частоты (фиг.4,г)

U _пр3(t)= _пр3·Cos[ _прt- _k2(t)+ _пр3], 0 t T_c2,

где _пр3=1/2K₁· _c2· _г2;

_пр= ₂= _г2- _с - промежуточная частота;

_пр3= _г2- _с2.

Это напряжение после усиления в усилителе 41 мощности через элемент 12 развязки поступает в приемопередающую антенну 11, излучается ею в эфир на частоте ₂= _пр= _г1, улавливается приемопередающей антенной 10 запросчика 1 и через элемент 8 развязки и усилитель 29 мощности поступает на первый вход смесителя 31. На второй вход смесителя 31 подается напряжение U_г2 (t) гетеродина 30. На выходе смесителя 31 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 32 выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частоты (фиг.4,д)

U _пр4(t)= _пр4·Cos[ _пр2t+ _k(t)+ _пр4], 0 t Т_c2,

где _пр4=1/2K₁· _пр3· _г2;

_пр2= _г1- _пр - вторая промежуточная (разностная) частота;

_пр4= _г2- _пр3,

которое поступает на первый вход перемножителя 33, на второй вход которого подается напряжение U_г1(t) гетеродина 25. На выходе перемножителя 33 образуется напряжение (фиг.4,е)

U₃ (t)= ₃·Cos[ _г2t+ _k2(t)+ _г2], 0 t T_c2,

где ₃=1/2К₂· _пр4· _г1;

_г2= _пр1= _пр2+ _г1 - первая промежуточная частота;

которое выделяется полосовым фильтром 34 и поступает на информационный вход фазового детектора 35, на опорный вход которого подается напряжение U_г2(t) (фиг.4,ж) гетеродина 30. На выходе фазового детектора 35 образуется низкочастотное напряжение (фиг.4,з)

U_н2(t)= _н2·Cos _k2(t), 0 t Т_c2,

где _н2=1/2К₃· ₃· _г2;

пропорциональное модулирующему коду M₂(t) (фиг.4,б).

Это напряжение поступает в компьютер 3. Последний сравнивает принятый с приемоответчика 2 код опознавания с данными, заложенными в его памяти, и выдает на экран дисплея 4 информацию о проверяемом автомобиле.

При этом сигнал о задержании автомобиля выдается в следующих случаях:

- автомобиль не отвечает на переданный с контрольного пункта сигнал запроса;

- принятый от автомобиля код опознавания совпадает с кодом, занесенным в "черный список" (например, автомобиль угнан);

- полученные данные по коду опознавания не соответствуют реально наблюдаемым.

Опознавание автомобиля в системе основано на кодовом разделении объектов, при этом сам процесс опознавания делится на два этапа:

1) предварительный (по кодовой посылке вызова n бит);

2) окончательный (по коду опознавания N=2^m бит).

Задаваясь большей длиной кода опознавания N>n (большим числом параметров опознавания объекта), можно получить более высокую степень идентификации.

Таким образом предлагаемая система по сравнению с прототипом обеспечивает повышение достоверности опознавание автотранспортных средств. Это достигается использованием сложных сигналов с фазовой манипуляцией для обмена дискретной информацией между автомобилями и контрольным пунктом.

При этом запросчик, устанавливаемый на контрольном пункте, излучает сложные ФМн-сигналы на частоте ₁, а принимает на частоте ₂.

Приемоответчик, размещаемый на автотранспортном средстве, наоборот, излучает сложные ФМн-сигналы на частоте ₂, а принимает на частоте ₁.

Сложные сигналы с фазовой манипуляцией открывают новые возможности в технике передачи и приема дискретной информации. Указанные сигналы позволяют применять новый вид селекции - структурную селекцию. Это значит, что появляется новая возможность разделять сигналы, действующие в одной и той же полосе частот и в одни и те же промежутки времени. Принципиально можно отказаться от традиционного метода разделения рабочих частот используемого диапазона между автомобилями и контрольным пунктом и селекцией их на приемной стороне с помощью частотных фильтров. Его можно заменить новым методом, основанным на одновременной работе каждого автомобиля во всем диапазоне частот сигналами с фазовой манипуляцией с выделением радиоприемным устройством ФМн-сигнала необходимого автомобиля посредством его структурной селекции.

К числу других проблем, от решения которых в значительной мере зависит дальнейший прогресс средств дуплексной радиосвязи, следует отнести проблему установления надежной дуплексной радиосвязи между автомобилями и контрольным пунктом при наличии многолучевого характера распространения радиоволн. Наличие многолучевого характера распространения радиоволн приводит к искажению принимаемых сигналов, что затрудняет прием и снижает достоверность передачи информации.

Попытки преодолеть вредное влияние многолучевости предпринимаются уже давно. К ним можно отнести: разнесенный прием, селекцию сигналов по времени и углу прихода, корректирующее кодирование и некоторые другие методы. Однако все они не дают принципиального решения проблемы.

Сложный сигнал с фазовой манипуляцией благодаря своим хорошим корреляционным свойствам может быть "свернут" в узкий импульс, длительность которого обратно пропорциональна используемой ширине полосы частот. Выбирая такую полосу частот, чтобы длительность "свернутого" импульса была меньше времени запаздывания, можно осуществить раздельный прием импульсов, приходящих в точку приема различными путями, а, суммируя их энергию, можно, кроме того, повысить помехоустойчивость приема сложных ФМн-сигналов. Тем самым указанная проблема получает принципиальное разрешение.

С точки зрения обнаружения сложные ФМн-сигналы обладают высокой энергетической и структурной скрытностью.

Энергетическая скрытность данных сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени и по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого сложный ФМн-сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами и помехами. Причем энергия сложного ФМн-сигнала отнюдь не мала, она просто распределена по частотно-временной области так, что в каждой точке этой области мощность сигнала меньше мощности шумов и помех.

Структурная скрытность сложных ФМн-сигналов обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку сложных ФМн-сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемника.