Способ дистанционной передачи сообщения и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для скрытой передачи сообщений или сигналов управления одним или многими объектами, в частности, для защиты и охранной сигнализации при несанкционированном доступе к любым объектам - автотранспорту, квартирам, сейфам и т.п. В отличие от обычных радиосистем, использующих для передачи сообщения квазигармонические сигналы, а для их выделения из шумов и помех - колебательные контуры или их аналоги, в предлагаемом способе сообщение передается шумоподобным сигналом с низкой спектральной плотностью, а селекция осуществляется с помощью коррелятора. При спектральной плотности ниже уровня естественных шумов такие системы не создают помех для обычных радиосистем и наоборот. Предлагается реализация этого способа в устройстве для охранной сигнализации. Оно обеспечивает скрытность передачи сообщения, а также возможность независимой работы большого количества устройств этого типа. Устройство может служить основой для создания охранной системы, охватывающей большое количество объектов, например, парк автомобилей больших городов. 2 с.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для скрытой передачи сообщения или сигналов управления одним или многими объектами, в частности, для защиты и охранной сигнализации при несанкционированном доступе к любым объектам автотранспорту, квартирам, сейфам и т.п.

Все известные авторам устройства передачи информации и системы охранной сигнализации с дистанционной радиосвязью /1/ используют в качестве переносчика информации гармонические сигналы вида U(t)=A(t)cos{ωt+Ψ(t)}, (1) где V(t) временная функция излучаемого сигнала, A(t) и Ψ(t) модулирующие функции, "медленные" по сравнению с функцией ωt t время, ω несущая частота.

Несмотря на большое разнообразие способов модуляции (амплитудная, фазовая, частотная, импульсная, в том числе со сложными кодовыми разновидностями, включая специально созданные), отличительной особенностью всех сигналов этого типа является ускополосность, т.е. сосредоточение энергии в окрестности частоты w Полоса частот, занимаемая сигналами типа /1/, как правило, не превышает 1% от несущей частоты.

Из теории оптимального приема следует, что селективным звеном, выделяющим произвольный сигнал на фоне нормального белого шума, является коррелятор, осуществляющий операцию свертки принимаемого сигнал X(t) с осаждаемым сигналом S(t) Здесь y(t) выходной отселектированный сигнал, τ параметр интегрирования /1, стр. 73/.

Для гармонических сигналов типа /1/ s(t)=cos(ωt) Операцию свертки /2/ таких сигналов осуществляют с использованием колебательных контуров, полосковых линий, кварцевых, пьезо- и электромеханических фильтров, объемных резонаторов.

Известен способ передачи сообщения, реализованный в "Устройстве защиты от краж с дистанционной радиосвязью" /2/, реагирующем на изменение положения датчика, устанавливаемого на дверь или окно охраняемого объектом, формирующем квазигармонический радиосигнал о несанкционированном доступе и передающем его по радиоканалу на приемную сторону, где производится операция свертки с ожидаемым сигналом и включается сигнал тревоги.

Технически такой способ реализован следующим образом. Устройство содержит передатчик, содержащий датчик тревоги, генератор сигнал тревоги (в данном случае одновибратор), усилитель и передающую антенну, а также приемник, на котором установлены приемная антенна, усилитель радиочастоты, кварцевый фильтр, осуществляющий операцию свертки, усилитель сигналов низкой частоты, блок из четырех вентильных схем И-НЕ и сигнальный блок.

К недостаткам известного способа и устройства /2/ можно отнести обстоятельство, что в ограниченном частотном диапазоне возможна работа лишь ограниченного количества устройства, создающего к тому же взаимные помехи другим устройством, работающим в этом диапазоне. Кроме того, описанное устройство характеризуется малой информативностью, ограничивающей возможности идентификации охраняемого объекта.

В качестве прототипа выбран способ передачи сообщения и реализующее его устройство для охранной сигнализации с дистанционной радиосвязью /3/, наиболее близкое по своим функциональным возможностям к заявляемому устройству. Оно, как и другие устройства этого типа, относится к квазигармоническим радиосистемам. Способ включает операции формирования на передающей стороне квазигармонического сигнала, содержащего сообщение, передачу этого радиосигнала на приемную сторону, где производится операция принимаемого сигнала с ожидаемым сигналом, представляющим собой гармоническую функцию, частота которой равна несущей частоте передаваемого сигнала. Эта операция осуществляется полосовым фильтром с последующей демодуляцией и сравнением уровня принимаемого сигнала с уровнем порогового устройства. Превышение сигнала свидетельствует о наличии тревоги и дает разрешение на регистрацию сигнала тревоги и передачу дополнительной информации об охраняемом объекте.

Прототип содержит передатчик и приемник. Передатчик включает в себя блок датчиков, опорный генератор, первый одновибратор, вход которого соединен с выходом блока датчиков, последовательно соединенные модулятор и усилитель, к выходу которого подключена передающая антенна, последовательно соединенные делитель частоты, счетчик адреса, блок постоянной памяти, цифро-аналоговый преобразователь, элемент ИЛИ, который соединен со вторым одновибратором.

Выход второго одновибратора соединен с управляющим входом модулятора, причем вход опорного генератора соединен с выходом блока датчиков, а выход с тактовым входом делителя частоты, второй вход которого соединен с выходом первого одновибратора, а инверсный вход второго одновибратора соединен с установочным входом счетчика адреса.

Приемник включает в себя усилитель, ко входу которого подключена приемная антенна, а к выходу полосовой фильтр и последовательно соединенные переключатель, усилитель звуковой частоты, акустический излучатель. К переключателю также подсоединены последовательно соединенные демодулятор, пороговый элемент, одновибратор, выход которого соединен с управляющим входом переключателя, при этом вход демодулятора сигнала тревоги соединен с выходом полосового фильтра, а информационный вход переключателя подключен к выходу усилителя.

Недостатками прототипа являются: 1. взаимовлияние аналогичного устройства, работающего на той же частоте; 2. для одновременной работы N устройств данного типа необходимо N частотных радиоканалов; 3. возможность пеленгования сигнала тревоги; 4. простота постановки активной радиопомехи; 5. возможность блокировки охранной системы путем отключения антенны, снятия питания с передатчика, его механического разрушения или другими способами.

Исключить указанные недостатки известного устройства возможно использованием специальных радиосигналов, отличных от /1/. В предлагаемом решении применяются бинарные сверхширокополосные шумоподобные сигналы (СШПС) с низкой спектральной плотностью, величина которой ниже уровня естественных шумов. Эти сигналы представляют собой последовательность импульсов одинаковой формы, но различного знака. Чередование знаков подчиняется какому-либо псевдослучайному коду, специальному для данного вида сообщения (объекта), обладающему равномерной спектральной плотностью.

Предлагаемый способ дистанционной передачи сообщения включает операции формирования на передающей стороне СШПС, являющегося носителем информации, передачу этого радиосигнала на приемную сторону, где производится свертка принимаемого сигнала с ожидаемым сигналом и следующую за этим регистрацию передаваемого сообщения, а также дополнительных сведений об объекте, передающем сообщение.

В качестве устройства, реализующего предлагаемый способ дистанционной передачи сообщения, рассмотрим устройство, предназначенное для дистанционной охранной сигнализации. Технически поставленная задача решается следующим образом. Устройство дистанционной передачи сообщения, предназначенное для охранной сигнализации, содержит датчик и приемник.

В передатчик, содержащий блок датчиков тревоги и последовательно соединенные опорный генератор, делитель частоты и ПЗУ, выход которого через модулятор и усилитель подключен к передающей антенне, дополнительно вводится формирователь адреса, первый вход которого соединен с выходом блока датчиков тревоги, а второй с первым входом ПЗУ, второй вход которого подключен к выходу формирователя адреса. Выход опорного генератора передатчика подключен к первому входу модулятора.

В приемник, включающий в себя приемную антенну, дополнительно введены опорный генератор, делитель частоты, фазовращатель и два параллельных канала, каждый из которых включает последовательно соединенные синхронный детектор, коррелятор и квадратор. Первый выход опорного генератора приемника через ПЗУ подключен к первым входам корреляторов, а второй его выход соединен с первым входом первого синхронного детектора и через фазовращатель к первому входу второго синхронного детектора. Вторые входы синхронных детекторов соединены с выходом широкополосного усилителя, а выходы квадраторов через сумматор и демодулятор подключены ко входу блока индикации.

На фиг. 1, 2, 3 приведены: блок-схема передатчика, блок-схема приемника и временная диаграмма напряжений передатчика соответственно.

Заявляемое устройство состоит из передатчика и приемника. В передатчик (фиг. 1), содержащий блок датчиков тревоги 1, опорный генератор 2, делитель частоты 3, блок постоянной памяти 4, модулятор 5, усилитель 6, передающую антенну 7, в отличие от прототипа введен формирователь адреса 8, выполняющий одновременно функцию таймера.

В передатчике (фиг. 1) выход блока датчиков тревоги 1 соединен с первым входом формирователя адреса 8, выходы опорного генератора 2 соединены с входом делителя частоты 3 и первым входом модулятора 5. Выход делителя частоты 3 соединен с первым входом блока 4 и вторым входом формирователя адреса 8, выход которого соединен со вторым входом блока 4. Выход блока 4 соединен со вторым входом модулятора 5. Выход модулятора 5 соединен со входом усилителя 6, выход которого соединен с передающей антенной 7.

В приемник (фиг. 2), содержащий приемную антенну 9, широкополосной усилитель 10 и демодулятор 11, дополнительно введены опорный генератор 12, делитель частоты 13, фазовращатель 14, два синхронных детектора 15, блок постоянной памяти 16, два коррелятора 17, два квадратора 18, сумматор 19, блок индикации 20. В приемнике (фиг. 2) первый выход опорного генератора 12 соединен со входом делителя частоты 13, а второй со входом фазовращателя 14 и первым входом первого синхронного детектора 15а. Выход делителя частоты 13 соединен со входом блока 16. Выход фазовращателя 14 соединен с первым входом второго синхронного детектора 15б. Приемная антенна 9 подключена ко входу широкополосного усилителя 10, выход которого соединен со вторыми входами синхронных детекторов 15а и 15б. Первые входы корреляторов 17 соединены с выходом блока 16, а вторые входы с выходами синхронных детекторов. Выходы корреляторов 17 соединены со входами квадраторов 18, выходы которых соединены с входами сумматора 19. Выход сумматора 19 соединен со входом демодулятора 11, выход которого соединен со входом блока индикации 20.

Реализация способа и работа устройства осуществляется следующим образом. При работе в активном режиме после включения устройства передатчик, установленный на передающей стороне на охраняемом объекте, начинает излучать либо непрерывно, либо с некоторым периодом, например 5 с, сверхширокополосные псевдослучайные шумоподобные сигналы, определяемые кодом, занесенным в блок 4 передатчика и блок 16 приемника, персональным для данного комплекта устройства дистанционной передачи сообщения. При наличии этих сигналов приемник, установленный у владельца охраняемого объекта и/или в отделении милиции, индицирует существование радиоконтакта, т.е. отсутствие сигнала о несанкционированном доступе к объекту охраны.

Пропадание радиоконтакта информирует либо о попытке блокировки устройства, либо о неисправности аппаратуры. При наличии сигнала несанкционированного доступа от любого из датчиков, установленных на охраняемом объекте, режим передачи изменяется, т.е. темп передачи сигналов уменьшается, что воспринимается демодулятором как сигнал тревоги. При этом в паузах между посылками начинает передаваться другая кодовая последовательность, содержащая сигнал тревоги и информацию об объекте, передающем сообщение (марка автомобиля, цвет, номер госрегистрации и т. д.) Эта информация передается специальным кодом, единым для всех экземпляров передатчиков, который может приниматься на приемники, установленные на постах АИ, в отделениях милиции или имеющиеся у постовых.

Рассмотрим функции блоков устройства дистанционной передачи сообщения, предназначенного для охранной сигнализации в процессе его работы. Импульсы тактовой частоты с опорного генератора 2 передатчика (фиг.3а) поступают на делитель частоты 3, с выхода которого поступают на вход блока 4. Начальное значение адреса формируется блоком 8. Импульсы с делителя частоты 3 модифицируют на единицу счетчика адреса блока 4. На выходе блока 4 в соответствии с записанным кодом формируются положительные или отрицательные уровни (фиг. 3б). В модуляторе 5 временные функции с выходов опорного генератора 2 и блока 4 перемножаются, в результате формируется сигнал (фиг. 3в), который усиливается усилителем 6 и поступает на передающую антенну 7. При поступлении сигнала от блока датчиков тревоги 1 формирователь адреса 8 изменяет начальный адрес блока 4, в результате чего начинает опрашиваться участок памяти, в котором хранится информация об охраняемом объекте в специальных кодах.

Приемник выполнен по схеме преобразования и имеет два квадратурных канала. Частота опорного генератора 12 приемника равна частоте опорного генератора 2 передатчика. В блоке 16 записан код, соответствующий коду передатчика конкретного экземпляра устройства. В корреляторах 17 при совпадении кода принимаемого сигнала со своим кодом возникает отклик, который после обработки квадраторами 18 и сумматором 19 поступает на демодулятор 11, где принимается решение о наличии сигнала от передатчика и о наличии сообщения сигнала тревоги, который индицируется блоком 20.

Для практической реализации устройства дистанционной передачи сообщения могут использоваться доступные радиоэлементы, поскольку требования, предъявляемые к ним, не превосходят возможностей современной элементной базы. Кроме этого, почти все узлы устройства, исключая корреляторы, являются стандартными и широко применяются в обычной приемно-передающей аппаратуре соответствующих диапазонов.

Схемное решение устройства после незначительных изменений модулятора 5 передатчика и демодулятора 11 приемника позволяет использовать его для скрытой передачи информации, в том числе речевой, цифровой и сигналов управления.

Использование охранных систем с СШПС позволяет решить проблему уплотнения частотных радиоканалов, поскольку они практически не мешают друг другу и обычным радиосистемам. В связи с эти заявляемое устройство может служить основой для создания охранной системы, охватывающей большое количество объектов, например, парк автомобилей больших городов.

Формула изобретения

1. Способ дистанционной передачи сообщения, основанный на формировании на передающей стороне радиосигнала, параметры которого соответствуют сообщению, передаче радиосигнала на приемную сторону, на которой осуществляют прием радиосигнала путем определения скалярного произведения принимаемого сигнала с образцом сигнала сообщения, отличающийся тем, что в качестве радиосигнала используют последовательности бинарных сверхширокополосных шумоподобных сигналов, спектральная плотность которых ниже уровня естественных шумов, чередование знаков в которых соответствует адресу объекта сообщения, в паузах между передачей последовательностей передают сигнал тревоги и сигнал вида сообщения, на приемной стороне адрес объекта сообщения определяют путем определения скалярного произведения с образцом сигнала адреса объекта сообщения, полученный сигнал демодулируют для формирования сигнала тревоги и сигнала вида сообщения.

2. Устройство для дистанционной передачи сообщения, содержащее передатчик, состоящий из блока датчиков тревоги, один выход опорного генератора соединен через делитель частоты с синхронизующим входом блока постоянной памяти, выход которого соединен с первым входом модулятора, выход которого через усилитель подключен к передающей антенне, приемник, состоящий из приемной антенны, выход которой подключен к широкополосному усилителю, демодулятор, выход которого является информационным выходом устройства, отличающееся тем, что в передатчик введен формирователь адреса, первый вход которого подключен к выходу блока датчика тревоги, второй вход к выходу делителя частоты, выход к входу блока постоянной памяти, выход делителя частоты и второй выход опорного генератора соединены с соответствующими входами модулятора, в приемник введены первый и второй синхронные детекторы, корреляторы, квадраторы, сумматор, блок постоянной памяти, фазовращатель, делитель частоты, один выход опорного генератора через последовательно соединенные делитель частоты и блок постоянной памяти подключен к задающим входам первого и второго корреляторов, другой непосредственно и через фазовращатель подключен к первым входам соответственно первого и второго синхронных детекторов, вторые входы которых соединены с выходом широкополосного усилителя, выходы подключены к входам соответственно первого и второго корреляторов, выходы которых через соответствующие квадраторы подключены к сумматору, выход которого соединен с демодулятором.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3