Способ обнаружения и идентификации объекта и система для его осуществления

 

Использование: транспорт, сельское хозяйство, навигация, топография, геодезия, станкостроение и др. области. Сущность изобретения: на контролируемом объекте размещают по заданному закону с привязкой к координатным точкам датчики-приемоответчики, далее объект облучают, фиксируют поступающие от датчиков-приемоответчиков отклики, а по откликам идентифицируют координаты объекта. Облучение объекта проводят радиоимпульсом, излучаемым антенной системой с узкой диаграммой направленности на частоте метрового или дециметрового диапазона. В качестве датчиков-приемоответчиков используют пассивные радиотранспондеры, антенная система которых имеет круговую диаграмму направленности. При этом радиотранспондеры размещают в среде, например, под землей, и в каждом из них формируют определенный номер в двоичном коде. Затем обеспечивают перемещение излучателя по двум взаимно- перпендикулярным направлениям (например, "север-юг" и "запад-восток"), измеряют максимумы амплитуды сигнала-отклика старшего разряда переизлученного кода и определяют координаты точки пересечения перпендикуляров на плане местности, восстановленных из точек соответствующего максимума. После этого проводят идентификацию координат путем сравнения двоичных кодов измеренной и эталонной координат. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретения относятся к транспорту, а также могут быть использованы в сельском хозяйстве, в землепользовании, в навигации, в топографии, в геодезии, в станкостроении, в космических спасательных системах и др. областях. Изобретения предназначены для обеспечения отыскания и идентификации координатных точек на изделии, на местности или в пространстве.

Наиболее близким к заявляемому способу является известный способ обнаружения и идентификации объекта в пространстве по а.с. N 1 627 832, кл. G 01 C 15/00, 1987 г. заключающийся в том, что сначала на контролируемом объекте (например, части пространства при наземной крупномасштабной съемке при геодезических измерениях) размещают по выбранному закону с привязкой к координатным точкам контролируемого объекта датчики приемоответчики, каждый из которых выполнен, например, в виде рейки с двумя фотоприемниками, установленными на некотором расстоянии один от другого, затем в процессе контроля направляют в пространство с объектом импульсное излучение, для чего контролируемый объект (пространство с контролируемыми координатами) облучают лучом лазера, расщепленным на два сектора, ориентированных во взаимно-перпендикулярных направлениях и одновременно с помощью радиоканала обеспечивают изменение пространственной ориентации каждого сектора, после этого фиксируют поступающие от датчиков приемоответчиков отклики и по полученным откликам производят распознавание объекта и определяют его координаты.

Данный способ, хотя и позволяет обнаруживать и идентифицировать объект, однако, область применения данного способа ограничена степенью прозрачности окружающей среды контролируемого пространства, поскольку практически невозможно использовать лазерное (оптическое) излучение в условиях загрязненным (например пылью, туманом и т.п.) или непрозрачных (например, под поверхностью земли, мутной воды и т.п.) сред.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение информативности и надежности отыскания и идентификации объекта.

При осуществлении заявляемого изобретения эта задача решается в первую очередь получением технического результата, заключающегося в обеспечении возможности быстрого помехоустойчивого бесконтактного считывания фиксированной идентифицирующей информации с подвижного или неподвижного объекта.

Указанный результат достигается тем, что в известном способе, заключающемся в том, что сначала на контролируемом объекте размещают по выбранному закону с привязкой к координатным точкам контролируемого объекта датчики приемоответчики, каждый из которых выполнен, затем в процессе контроля направляют в пространство с объектом импульсное излучение, после чего фиксируют поступающие от датчиков приемоответчиков отклики и по полученным откликам производят распознавание объекта и определяют его координаты, указанное облучение контролируемого объекта проводят радиоимпульсом, излучаемым антенной системой с узкой диаграммой направленности на частоте метрового или дециметрового диапазона, в качестве датчиков приемоответчиков используют пассивные радиотранспондеры с антенными системами, имеющими круговую диаграмму направленности, при этом в каждом из радиотранспондеров предварительно формируют свой номер в двоичном коде, каждому из которых присваивают определенный номер в двоичном коде, а в процессе контроля перемещают излучающую антенную систему по двум взаимно-перпендикулярным направлениям, измеряют максимумы амплитуды сигнала- отклика старшего разряда переизлученного кода, определяют на плане местности координаты точки пересечения перпендикуляров, восстановленных из точек, соответствующих измеренным максимумам, а идентификацию объекта выполняют путем сравнения двоичных кодов полученной и эталонной координат.

Особые условия выполнения операций способа позволяют обеспечить повышение информативности и надежности отыскания и идентификации координатных точек.

Возможность осуществления заявляемого способа подтверждается тем, что, во-первых, для реализации предлагаемого способа можно использовать широко применяемые схемотехнические наработки и имеющуюся элементную базу (см. например, статью "Портативная радиостанция "Восток С", "Радиолюбитель", N 8, 1993, с. 14; статью "Устройство для беспроводной передачи аналоговых сигналов с движущихся объектов", "Радиолюбитель", N 7, 1994, с. 17 и др.); во-вторых, для реализации заявленного способа авторами предлагается описанная ниже специальная система автоматического дистанционного обнаружения и идентификация объекта.

Известна, например, система обнаружения и идентификация объекта (см. заявку ФРГ N 1 279 785) с пассивным ответчиком в виде отрезка волновода, содержащего ряд перестраиваемых резонаторов. Указанный ответчик устанавливается, например, под железнодорожным вагоном и опрашивается с помощью линейного частотно-модулированного сигнала.

Такая система, хотя и позволяет производить обнаружение и идентификацию объекта, однако область применения ее ограничена из-за значительной сложности ее конструкции и высокой стоимости.

Наиболее близким решением к заявляемому является известная система обнаружения и идентификации объекта, применяемая для идентификации автомобилей, например, в западноевропейских странах на станциях сбора дорожного налога с автомобилистов (см. статью Гош Дж. "ПАВ-прибор основа системы идентификации автомобилей", "Электроника", 1990, вып.9, c. 3).

Такая система состоит (см. фиг. 1) из базового блока 1 и ретранслятора 2. Базовый блок 1 содержит передатчик 3, задающий генератор 4, приемник 5, гетеродин 6, первый антенно-фидерный орган 7, первую приемо-передающую антенну 8 и блок питания 9. Ретранслятор (транспондер) 2 содержит твердотельную многоотводную линию задержки 10 со входным встречно-штыревым преобразователем 11 и с выходными встречно-штыревыми преобразователями 12, второй антенно-фидерный орган 13, вторую приемо- передающую антенну 14.

Основу такой системы составляет ретранслятор-ответчик 2, в котором твердотельная многоотводная линия задержки (МЛЗ) 10 работает на поверхностных акустических волнах (ПАВ). Принятый такой линией радиосигнал опроса размножается и излучается обратно в эфир. Ретранслятор 2 закрепляется позади лобового стекла автомобиля. Запрашивающий сигнал посылается на частоте дециметрового диапазона с передатчика 3 базового блока 1, установленного на станции сбора дорожного налога.

Такая система может быть применена для обнаружения и идентификации объекта. При этом система обладает компактностью, высокой надежностью работы, большим сроком службы, относительной простотой и технологичностью изготовления, а, следовательно, и относительно низкой себестоимостью.

В то же время данная система уже не отвечает возросшим в настоящее время требованиям к функциональным и эксплуатационным возможностям, а также к удобству обслуживания подобных систем.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение информативности и надежности отыскания и идентификации объекта.

При осуществлении заявляемого изобретения эта задача решается в первую очередь получением технического результата, заключающегося в обеспечении возможности быстрого помехоустойчивого бесконтактного считывания фиксированной идентифицирующей информации с подвижного или неподвижного объекта за счет повышения быстродействия и повышения удобства эксплуатации системы обнаружения и идентификации.

Указанный результат достигается тем, что в известную систему обнаружения и идентификации объекта, содержащую базовый блок с подключенным к первой приемо-передающей антенне первым антенно-фидерным органом, вход которого соединен с выходом передатчика, а выход с одним из входов приемника, генератором частоты, подключенным одним из выводов к одному из входов передатчика и общим источником питания функциональных узлов, ретранслятор с подключенным ко второй приемо-передающей антенне антенно-фидерным органом, выход и вход которого соответственно через входной и выходные встречно-штыревые преобразователи соединены с многоотводной линией задержки, в базовый блок дополнительно введены пульт управления, микропроцессорный узел, амплитудно-цифровой преобразователь, оперативный запоминающий узел, супервизор питания, резервный источник питания оперативного запоминающего узла и интерфейс связи с внешней электронно-вычислительной машиной, при этом другой выход генератора частоты соединен с другим входом приемника, первый выход приемника подключен к сигнальному входу амплитудно-цифрового преобразователя, выход которого соединен с сигнальным входом индикатора, микропроцессорный узел выполнен с возможностью перевода генератора частоты в режим задающего генератора гетеродина, пуска с заданной задержкой амплитудно-цифрового преобразователя с последующим включением элементов преобразования последовательного цифрового кода в параллельный, запуска элементов отображения информации в индикаторе и подключен установочными входами к выходу пульта управления и второму выходу приемника, установочными выходами ко входу генератора частоты и другому входу передатчика, выходом управления считыванием и записью к управляющему входу амплитудно-цифрового преобразователя, выходом перезагрузки к управляющему входу индикатора, выходом данных и команд к информационному входу оперативного запоминающего узла, питающий вход которого соединен с общим и резервным источниками питания, вход переключения питания - с выходом супервизора, а выход с интерфейсом связи с внешней электронно-вычислительной машиной. Кроме того, ретранслятор целесообразно выполнить с гибридной микросхемой, связанной со вторым антенно-фидерным органом.

Введение в систему обнаружения и идентификации объекта дополнительных блоков, соединенных особым образом между собой и с имеющимися блоками, позволяет существенно повысить быстродействие и удобство эксплуатации системы.

На фиг. 1 изображена блок-схема известной системы обнаружения и идентификации объекта; на фиг. 2 блок-схема предлагаемой системы обнаружения и идентификации объекта; на фиг. 3 план обнаружения и идентификации объекта.

Примечания: 1. На всех фигурах одинаковые по функциональному назначению блоки обозначены одними и теми же позициями.

2. Источник питания (поз. 9) на фиг. 1 и 2 обеспечивает подачу питающих напряжений на все узлы базового блока 1.

Возможность осуществления заявляемого изобретения подтверждается нижеприведенными материалами.

Предлагаемая система состоит из базового блока 1 и ретранслятора (транспондера) 2. Базовый блок 1 содержит передатчик 3, генератор 4, приемник 5, первый антенно-фидерный орган 7, первую приемо-передающую антенну 8, источник питания 9, управляющую микро-ЭВМ 15 (например, однокристальную микро-ЭВМ модели 1850), пульт управления 16, индикатор 17, амплитудно-цифровой преобразователь 18, оперативный запоминающий узел 19, интерфейс 20 связи с внешней ЭВМ (на чертеже не показана), супервизор питания 21 и источник резервного питания 22 оперативного запоминающего узла. Пассивный ретранслятор 2 (без автономного блока питания) содержит многоотводную линию задержки 10 со входным встречно-штыревым преобразователем 11 и с выходными встречно-штыревыми преобразователями 12, второй антенно-фидерный узел I3 и вторую приемо-передающую антенну 14 и выполнен по гибридной тонкопленочной технологии.

Предлагаемая система работает следующим образом.

Исходное состояние.

В исходном состоянии оба основных блока системы базовый блок I и ретранслятор 2 находятся в режиме ожидания. При этом ретранслятор 2 заранее размещается в точку пространства, координаты которой подлежат контролю.

Обнаружение и идентификация объекта.

При возникновении необходимости в обнаружении и идентификации объекта базовый блок 1 с пульта управления 16 запускается в режим "ПЕРЕДАЧА". При этом управляющий микропроцессорный узел 15 устанавливает генератор 4 в режим работы задающего генератора, после чего передатчик -3 через первый антенно-фидерный орган 7 и первую приемо-передающую антенну 8 излучает в эфир короткий зондирующий (опрашивающий) радиоимпульс заданной частоты. Это излучение индуцирует во второй приемо-передающей антенне 14 переменные токи радиочастоты, которые через второй антенно-фидерный орган 13 возбуждают электрический сигнал во входном встречно-штыревом преобразователе II, поступающий после преобразования в акустический сигнал той же частоты на многоотводную дисперсионную пьезоэлектрическую линию задержки 10, имеющую "n" раздельных отводов, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга. Временная задержка на первом отводе обычно в 2.3 раза превышает длительность сигнала опроса. Это связано с наличием множественных отражений опрашивающего импульса от находящихся в окрестности объектов. Входной встречно-штыревой преобразователь 11 после преобразования полученного сигнала возбуждает в многоотводной линии задержки 10 акустическую волну, которая в свою очередь по мере распространения по поверхности звукопровода возбуждает в каждом из отводов отклик-радиоимпульс. Поскольку все выходные встречно-штыревые преобразователи 12 соединены параллельно, сформированные отклики- радиоимпульсы последовательно с помощью второго антенно-фидерного органа I3 и второй приемо-передающей антенны 14 излучаются в эфир и через первую приемо-передающую антенну 8 и первый антенно-фидерный орган 7 поступают на приемник 5. К этому времени микропроцессорный узел 15 переключит базовый блок 1 в режим "ПРИЕМ" и генератор 4 начнет работать в режиме гетеродина приемника 5. Излученный второй приемо-передающей антенной 14 сигнал индуцирует в первой приемо-передающей антенне 8 высокочастотные токи, которые через первый антенно-фидерный орган 7 возбуждают колебания во входных цепях приемника 5. Принятый приемником 5 кодовый сигнал с ретранслятора 2 преобразуется и поступает на вход амплитудно-цифрового преобразователя 18 и управляющего микропроцессорного узла 15, который после дешифрации выводит на индикатор 17 амплитудное и цифровое значение кода. Отсутствие показаний индикатора 17 говорит о том, что сигнала с ретранслятора 2 не поступало или он ниже чувствительности приемника. Пульт управления 16 служит для ввода исходной управляющей информации в микропроцессорный узел 15.

Микропроцессорный узел 15 формирует сигнал управления для реализации цикла измерения амплитуды с помощью АЦП 18 и следующий сигнал управления для идентификации кода транспондера 2. Полученная информация совместно выводится на индикатор 17 и в оперативный запоминающий орган 19, где хранится в течение времени идентификации и выводится при необходимости через интерфейс 20 во внешнюю ЭВМ. Для хранения информации при существенных колебаниях напряжения на выходе источника питания 9 введен супервизор 21, который при необходимости переключает питание оперативного запоминающего узла 19 с источника питания 9 на источник резервного питания 22. Источник (блок) питания 9 обеспечивает необходимые напряжения на всех узлах базового блока 1. В процессе работы системы одиночный зондирующий импульс преобразуется в последовательность ответных импульсов, каждый из которых соответствует определенному отводу многоотводной линии задержки 10. Эту цепочку импульсов используют для идентификации координатных точек путем изменения амплитуды или фазы соответствующих импульсов. При этом многоотводная линия задержки 10, содержащая "n" выходных отводов, обеспечивает 2ⁿ различных комбинаций. Причем в зависимости от места расположения выходного встречно-штыревого преобразователя 12 радиоимпульс отклика может иметь начальную фазу колебаний 0 град. или 180 град. Принимая во внимание то, что количество выходных встречно-штыревых преобразователей 12 может быть произвольно заданным, а каждому выходному радиоимпульсу можно дать условное обозначение, например, логической единицы для начальной фазы 0 град. или логического нуля для 180 град. то снимаемые с выходных встречно-штыревых преобразователей 12 сигналы будут представлять собой двоичный код, жестко задаваемый конфигурацией топологии звукопровода и принадлежащий вполне определенному набору соединенных или взаимнорасположенных особым образом элементов. Т.е. каждый из этих наборов фактически представляет собой транспондер, имеющий свой индивидуальный двоичный код. Данный режим работы соответствует фазовой модуляции колебаний. Кроме того, детектирование выходных радиоимпульсов позволяет преобразовать последние в видеоимпульсы, с которыми работают при амплитудной модуляции колебаний. В соответствии с вышеизложенным ретранслятор 2 может возбуждаться радиоимпульсом и формировать выходные сигналы, модулированные как по фазе, так и по амплитуде.

В качестве примера на обнаружение и идентификацию объекта в области землеустройства и землепользования рассмотрим следующую задачу. Пусть требуется обнаружить и идентифицировать индукционный межевой знак (ИМЗ) с индивидуальным двоичным номером ХХХХХХХХХХХ, где под "X" понимается поразрядная кодировка "0" или "1".

С помощью устройства: измеряют амплитуду аналогового сигнала старшего разряда кодового слова, формируемого встречно-штыревыми преобразователями 12 МЛЗ 10 на ПАВ; считывают (при достижении максимальной по данному направлению движения амплитуды этого сигнала) цифровую кодированную информацию.

Для решения поставленной задачи необходимо выполнить следующие операции (см. фиг. 3): 1. Обеспечить перемещение базового блока 1 по оси "север-юг" при периодическом или одиночном зондировании транспондера 2.

2. Вручную настроить приемник 5 для обнаружения ответного сигнала вблизи места заглубления транспондера 2 ИМЗ при движении вдоль оси "север- юг".

3. Установить место получения максимального сигнала отклика транспондера 2 при движении вдоль оси "север-юг".

4. Обеспечить перемещение базового блока 1 по оси "запад-восток" при периодическом или одиночном зондировании транспондера 2.

5. Вручную настроить приемник 5 для обнаружения ответного сигнала вблизи места заглубления транспондера 2 ИМЗ при движении вдоль оси "запад-восток".

6. Установить место получения максимального сигнала отклика транспондера 2 при движении вдоль оси "запад-восток".

7. Построить план обнаружения и идентификации объекта.

8. Определить положение транспондера 2 по пересечению перпендикуляров, восстановленных к направлению движения в точках максимального сигнала отклика.

При совпадении положения транспондера с направлением движения базового блока координата определяется делением отрезка между максимумами пополам.

В результате четкого выполнения вышеприведенного алгоритма решения поставленной задачи все индукционные межевые знаки (ИМЗ) быстро обнаруживаются и идентифицируются.

Использование предлагаемых изобретений позволяет 1. Обеспечить быстрое и удобное обнаружение и идентификацию различных объектов: средств передвижения в железнодорожном и автомобильном транспорте, межевых знаков, а также отдельных животных в стаде в сельском хозяйстве, отдельных судов или маяков в морском судоходстве и т.д.

2. Обеспечить идентификацию шести категорий городских земель, санитарно-защитных и охранных зон, черты города, красной линии и др.

3. Обеспечить высокую надежность работы системы обнаружения и идентификации координатных точек в условиях активного негативного воздействия на систему атмосферных осадков, климатических изменений окружающей среды, а также промышленных загрязнений путем использования наиболее надежного канала связи радиоканала.

4. Обеспечить малые габариты системы за счет компактности применяемого оборудования.

5. Обеспечить большой срок службы системы за счет использования в ретрансляторе пассивной схемы работы "запрос-ответ" и низкого энергопотребления системы.

6. Обеспечить относительную простоту и технологичность изготовления и, как следствие, низкую себестоимость оборудования.

Формула изобретения

1. Способ обнаружения и идентификации объекта, согласно которому предварительно на контролируемом объекте размещают по выбранному закону с привязкой к координатным точкам датчики-приемоответчики, а в процессе контроля направляют в пространство с объектом импульсное излучение, фиксируют поступающие от датчиков-приемоответчиков отклики и по полученным откликам производят распознавание объекта и определяют его координаты, отличающийся тем, что облучение контролируемого объекта осуществляют радиоимпульсом, излучаемым антенной системой с узкой диаграммой направленности на частоте метрового или дециметрового диапазона, в качестве датчиков-приемоответчиков используют пассивные радиотранспондеры с антенными системами, имеющими круговую диаграмму направленности, при этом в каждом из радиотранспондеров предварительно формируют свой номер в двоичном коде, а в процессе контроля перемещают излучающую антенную систему по двум взаимно перпендикулярным направлениям, измеряют максимумы амплитуды сигнала-отклика старшего разряда переизлученного кода, определяют на плане местности координаты точки пересечения перпендикуляров, восстановленных из точек, соответствующих измеренным максимумам, а идентификацию объекта выполняют путем сравнения двоичных кодов полученной и эталонной координат.

2. Система обнаружения и идентификации объекта, содержащая базовый блок с подключенным к первой приемопередающей антенне первым антенно-фидерным органом, вход которого соединен с выходом передатчика, а выход с одним из входов приемника, генератором частоты, подключенным одним из выходов к одному из входов передатчика, и общим источником питания функциональных узлов, ретранслятор с подключенным к второй приемопередающей антенне антенно-фидерным органом, выход и вход которого соответственно через входной и выходные встречно-штыревые преобразователи соединены с многоотводной линией задержки, отличающаяся тем, что в базовый блок дополнительно введены пульт управления, микропроцессорный узел, амплитудно-цифровой преобразователь, оперативный запоминающий узел, супервизор питания, резервный источник питания оперативного запоминающего узла и интерфейс связи с внешней электронно-вычислительной машиной, при этом другой выход генератора частоты соединен с другим входом приемника, первый выход приемника подключен к сигнальному входу амплитудно-цифрового преобразователя, выход которого соединен с сигнальным входом индикатора, микропроцессорный узел выполнен с возможностью перевода генератора частоты в режимы задающего генератора и гетеродина, пуска с заданной задержкой амплитудно-цифрового преобразователя с последующим включением элементов преобразования последовательного цифрового кода в параллельный, запуска элементов отображения информации в индикаторе и подключен установочными входами к выходу пульта управления и второму выходу приемника, установочными выходами к входу генератора частоты и другому входу передатчика, выходом управления считыванием и записью к управляющему входу амплитудно-цифрового преобразователя, выходом перезагрузки к управляющему входу индикатора, выходом данных и команд к информационному входу оперативного запоминающего узла, питающий вход которого соединен с общим и резервным источниками питания, вход переключения питания с выходом супервизора, а выход с интерфейсом связи с внешней электронно-вычислительной машиной.

3. Система по п. 2, отличающаяся тем, что ретранслятор выполнен с гибридной микросхемой, связанной с вторым антенно-фидерным органом.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3