электронный замок

Формула изобретения

Электронный замок, содержащий расположенные на объекте охраны радиопередатчик, радиоприемник, к выходу которого последовательно подключены первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, узкополосный фильтр, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом радиоприемника, фильтр нижних частот, коррелятор, второй вход которого соединен с выходом блока памяти, пороговый блок и исполнительный блок, кинематически связанный с механическим замком, и элементы включения, выполненные в виде механического замка с выключателем питания, соединенного с радиопередатчиком и радиоприемником, 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 средство преобразования частоты выполнено в виде последовательно подключенных к выходу первого колебательного контура первого смесителя, второй вход которого соединен с первым выходом гетеродина, первого усилителя промежуточной частоты, сумматора, перемножителя, второй вход которого соединен с выходом первого колебательного контура, узкополосного фильтра, амплитудного детектора и ключа, второй вход которого соединен с выходом сумматора, а выход подключен к первому входу фазового манипулятора, при этом к второму выходу гетеродина последовательно подключены первый фазовращатель на 90^o, второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом первого колебательного контура, второй усилитель промежуточной частоты и второй фазовращатель на 90^o, выход которого соединен со вторым входом сумматора.

Описание изобретения к патенту

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

Известны электронные замки (авт. св. СССР 358495, 475450, 506693, 592693, 699155, 878889, 1000547, 1201472, 1252468, 1326718, 1776744; патенты РФ 2002020, 2037046, 2043476, 2159836; патенты США 4831860, 5209088; патенты Великобритании 2141774, 2261254; патенты ФРГ 3407128, 3907326; патенты Франции 2559193, 2692309; патенты Японии 59-192167, 60-29912 и другие).

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является "электронный замок" (патент РФ 2159836, 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 брелка, 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 принимаемой частотой замок открывается. При этом данный замок использует сложные сигналы с фазовой манипуляцией, которые обладают структурной и энергетической скрытностью. Указанные сигналы позволяют применять новый вид селекции - структурную селекцию.

Однако указанный электронный замок отличается сравнительно низкими избирательностью и помехозащищенностью. Это объясняется тем, что в средстве 9 преобразования частоты одно и тоже значение промежуточной частоты W_ПР может быть получено в результате приема сигналов на двух частотах W_С и W₃, т.е.

W_ПР=W_С-W_Г и W_ПР=W_Г-W₃.

Следовательно, если частоту настройки W_С принять за основной канал приема, то наряду с ним будет иметь место зеркальный канал приема, частота W₃ которого отличается от частоты W_С на 2W_ПР и расположена симметрично (зеркально) относительно частоты гетеродина W_Г. Преобразование по зеркальному каналу приема происходит с тем же коэффициентом преобразования К_ПР, что и по основному каналу. Поэтому он наиболее существенно влияет на избирательность и помехозащищенность электронного замка.

Кроме зеркального существуют и другие дополнительные (комбинированные) каналы приема. Наиболее вредными комбинационными каналами приема являются каналы, образующие при взаимодействии несущей частоты сигнала с гармониками частоты гетеродина малого порядка (второй, третьей и т.д.), так как чувствительность электронного замка по этим каналам близка к чувствительности основного канала. Так, двум комбинационным каналам соответствуют две частоты (фиг.4):

W_КЛ=2W_Г-W_ПР, W_K2=2W_Г+W_ПР.

Наличие ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам, приводит к снижению избирательности и помехозащищенности электронного замка.

Технической задачей изобретения является повышение избирательности и помехозащищенности электронного замка путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам.

Поставленная задача решается тем, что в электронном замке, содержащем расположенные на объекте охраны радиопередатчик, радиоприемник, к выходу которого последовательно подключены первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, узкополосный фильтр, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом радиоприемника, фильтр нижних частот, коррелятор, второй вход которого соединен с выходом блока памяти, пороговый блок и исполнительный блок, кинематически связанный с механическим замком, и элементы включения, выполненные в виде механического замка с выключателем питания, соединенного с радиопередатчиком и радиоприемником, 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, средство преобразования частоты выполнено в виде последовательно подключенных к выходу первого колебательного контура первого смесителя, второй вход которого соединен с первым выходом гетеродина, первого усилителя промежуточной частоты, сумматора, перемножителя, второй вход которого соединен с выходом первого колебательного контура, узкополосного фильтра, амплитудного детектора и ключа, второй вход которого соединен с выходом сумматора, а выход подключен к первому входу фазового манипулятора, при этом к второму выходу гетеродина последовательно подключены первый фазовращатель на 90^o, второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом первого колебательного контура, второй усилитель промежуточной частоты и второй фазовращатель на 90^o, выход которого соединен с вторым входом сумматора.

Структурная схема предлагаемого электронного замка представлена на фиг. 1. Структурная схема средства 9 преобразования частоты представлена на фиг. 2. Временные диафрагмы, поясняющие принцип работы электронного замка, изображены на фиг.3. Частотная диаграмма, поясняющая процесс образования дополнительных каналов, показана на фиг.4.

Электронный замок содержит элементы 1 и 2 включения, выполненные, например, в виде механического замка с электрическим контактом, исполнительный механизм 3, радиопередатчик 4, радиоприемник 5, средство 6 для кодирования, индуктивности 7 и 8, средство 9 преобразования частоты, генератор 10 модулирующего кода, фазовый манипулятор 11, перемножители 12 и 13, узкополосный фильтр 14, фильтр 15 нижних частот, блок 16 памяти, коррелятор 17 и пороговый блок 18. Причем между колебательными контурами (индуктивностями) 7 и 8 последовательно включены средство 9 преобразования частоты и фазовый манипулятор 11, второй вход которого соединен с выходом генератора 10 модулирующего кода. К выходу радиоприемника 5 последовательно подключены первый перемножитель 12, второй вход которого соединен с выходом фильтра 15 нижних частот, узкополосный фильтр 14, второй перемножитель 13, второй вход которого соединен с выходом радиоприемника 5, фильтр 15 нижних частот, коррелятор 17, второй вход которого соединен с выходом блока 16 памяти, пороговый блок 18 и исполнительный блок 3, кинематически связанный с механическим замком 1 с выключателем 2 питания, соединенным с радиопередатчиком 4 и радиоприемником 5.

Средство 9 преобразования частоты содержит последовательно подключенные к выходу колебательного контура 7 первый смеситель 19, второй вход которого соединен с первым выходом гетеродина 21, первый усилитель 23 промежуточной частоты, сумматор 26, перемножитель 27, второй вход которого соединен с выходом колебательного контура 7, узкополосный фильтр 28, амплитудный детектор 29 и ключ 30, второй вход которого соединен с выходом сумматора 26, а выход подключен к первому блоку фазового манипулятора 11. К второму выходу гетеродина 21 последовательно подключены первый фазовращатель 22 на 90^o, второй смеситель 20, второй вход которого соединен с выходом колебательного контура 7, второй усилитель 24 промежуточной частоты и второй фазовращатель 25 на 90^o, выход которого соединен с вторым входом сумматора 26.

Подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному каналу на частоте W₃, осуществляется внешним кольцом, состоящим из смесителей 19 и 20, гетеродина 21, фазовращателей 22 и 25 на 90^o, усилителей 23 и 24 промежуточной частоты. Это кольцо реализует фазокомпенсационный метод.

Подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по первому и второму комбинационным каналам на частотах W_K1 и W_К2, осуществляется внутренним кольцом, состоящим из перемножителя 27, узкополосного фильтра 28, амплитудного детектора 29 и ключа 30. Это кольцо реализует метод узкополосной фильтрации.

Электронный замок работает следующим образом.

При нажатии на ручку 1 замка замыкаются контакты, подавая питание на радиопередатчик 4 и радиоприемник 5. Радиопередатчик 4 излучает сигнал высокой частоты:

U_C(t) = U_Ccos(W_ct+_C), 0tT_С,

где U_C, W_C, _C, T_C - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность сигнала.

Причем длительность Т_C сигнала определяется временем нажатия на ручку 1 замка.

Указанный сигнал принимается индуктивностью 7 (контуром), настроенным на несущую частоту W_C, и поступает на первые входы смесителей 19 и 20 средства 9 преобразования частоты, на вторые входы которых подаются напряжения гетеродина 21 соответственно:

U_Г1(t) = U_Гcos(W_гt+_Г),

U_Г2(t) = U_Гcos(W_гt+_Г+90⁰).

На выходе смесителей 19 и 20 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 23 и 24 промежуточной частоты выделяются напряжения промежуточной (разностной) частоты:

U_ПР1(t) = U_ПРcos(W_ПРt+_ПР),

U_ПР2(t) = U_ПРcos(W_ПРt+_ПР-90⁰), 0tТ_С,

где ,

K₁ - коэффициент передачи смесителей;

W_ПР=W_С-W_Г - промежуточная частота;

_ПР= _C- _Г.

Напряжение U_ПР2(t) с выхода усилителя 24 промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 25 на 90^o, на выходе которого образуется напряжение:



Напряжения U_ПР1(t) и U_ПР3(t) поступают на два входа сумматора 26, на входе которого образуется напряжение:

U(t) = Ucos(W_ПРt+_ПР),0tT_C,

где U = 2U_ПР.

Это напряжение подается на первый вход перемножителя 27, на второй вход которого поступает сигнал U_С (t) с выхода колебательного контура 7. На выходе перемножителя 27 образуется напряжение

U₁(t) = U₁cos(W_гt+_Г)+U₁cos[(2W_C-W_Г)t+2_C-_Г],

где

К₂ - коэффициент передачи перемножителя.

Частота настройки W_H узкополосного фильтра 28 выбирается равной частоте W_Г гетеродина 21 (W_H=W_Г). Поэтому в полосу пропускания узкополосного фильтра 28 попадает напряжение:

U₂(t)=U₁cos(W_гt+U_г),

которое после детектирования в амплитудном детекторе 29 поступает на управляющий вход ключа 30, открывая его. В исходном состоянии ключ 30 всегда закрыт.

При этом напряжение U(t) (фиг.3, а) с выхода сумматора 26 через открытый ключ 30 поступает на первый вход фазового манипулятора 11, на второй вход которого подается модулирующий код M(t) (фиг.3,б) с выхода генератора 10 модулирующего кода. На выходе фазового манипулятора 11 образуется фазоманипулированный (ФМн) сигнал на промежуточной частоте (фиг.3,в):

манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t) (фиг.3,6), 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 (К=1, 2,...,М-1):

_Э, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Т_С (T_C= N_Э), который излучается в эфир посредством индуктивности (контура) 8, настроенной на промежуточную частоту W_ПР.

Указанный ФМн-сигнал принимается радиоприемником 5, настроенным на промежуточную частоту, и поступает на входы перемножителей 12 и 13. На второй вход перемножителя 13 с выхода узкополосного фильтра 14 подается опорное напряжение (фиг.3,г):

U₀(t) = U₀cos(W_ПРt+_ПР),0tT_C

В результате перемножения указанных сигналов образуется результирующее колебание:



где

Аналог моделирующей функции (фиг.3, д):

U₄(t) = U₂cos_K(t)

выделяется фильтром 15 нижних частот и подается на первый вход коррелятора 17 и на второй вход перемножителя 12, на выходе которого образуется гармоническое колебание

0tТ_С,

где

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 разработан ряд интересных и оригинальных устройств (например, схемы Пистолькорса, Сифорова 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 модулирующий код M(t) (его аналог) из принимаемого ФМн-сигнала.

Аналог модулирующего кода U₄ (t) (фиг.3,д) с выхода фильтра 15 нижних частот поступает на первый вход коррелятора 17, на второй вход которого подающие модулирующие коды M₁(t)-M_n(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 U_ПОР в пороговом блоке 18. Пороговый уровень U_ПОР выбирается таким, чтобы его превышали только максимальные значения корреляционных функций. При превышении порогового напряжения U_ПОР в пороговом блоке 18 формируется управляющее напряжение, которое включает исполнительный механизм 3.

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

Описанная выше работа электронного замка соответствует случаю приема полезного сигнала радиопередатчика 4 по основному каналу на частоте W_С (фиг. 4).

Если ложный сигнал (помеха) принимается по зеркальному каналу на частоте W₃:

W₃(t)=U₃cos(W_3t+U₃), 0tТ₃,

то усилителями 23 и 24 промежуточной частоты выделяются напряжения:



U_ПР5(t) = U_ПР4cos(W_ПРt+_ПР4+90⁰),0tT₃,

где

W_ПР=W_Г-W₃ промежуточная частота;

_ПР4 = _Г-_З.

Напряжение U_ПР5(t) с выхода усилителя 24 промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 25 на 90^o, на выходе которого образуется напряжение:

0tT₃.

Напряжения U_ПР4(t) и U_ПР6(t), поступающие на два входа сумматора 26, на его выходе компенсируются.

Следовательно, ложный сигнал (помеха), принимаемый по зеркальному каналу на частоте W₃, подавляется.

Если ложный сигнал (помеха), принимается по первому комбинационному каналу на частоте W_K1:

U_K1(t) = U_K1cos(W_K1t+_K1),0tT_K1,

то усилителями 23 и 24 промежуточной частоты выделяются напряжения:

U_ПР7(t) = U_ПР7cos(W_ПРt+_ПР7)

U_ПР8(t) = U_ПР7cos(W_ПРt+_ПР7+90⁰), 0tТ_к1,

где

W_пр=2W_Г-W_К1 - промежуточная часть

_ПР7 = _Г-_K1.

Напряжение U_ПР8 (t) с выхода усилителя 24 промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 25 на 90^o, на выходе которого образуется напряжение:

0tТ_К1

Напряжения U_ПР7(t) u U_ПР9(t), поступающие на два входа сумматора 26, на его выходе компенсируются.

Следовательно, ложный сигнал (помеха), принимаемый по первому комбинационному каналу на частоте W_K1, подавляется.

Если ложный сигнал (помеха) принимается по второму комбинационному каналу на частоте W_K2: U_K2(t) = U_K2cos(W_K2t+_K2), тo усилителями 23 и 24 выделяются напряжения:

U_ПР10(t) = U_ПР10cos(W_ПРt+_ПР10),

U_ПР11(t) = U_ПР10cos(W_ПРt+_ПР10-90⁰), 0tT_К2,

где

W_ПР=W_К2-2W_Г - промежуточная частота

_ПР10 = _K2-_Г

Напряжение U_ПР11(t) с выхода усилителя 24 промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 25 на 90^o, на выходе которого образуется напряжение:

0tT_К2

Напряжения U_ПР10(t) и U_ПР12(t) поступают на два входа сумматора 26, на выходе которого образуется напряжение:

U₂(t) = U₂cos(W_ПРt+_ПР10),

где U₂ = 2U_ПР10

Это напряжение подается на первый вход перемножителя 27, на второй вход которого поступает ложный сигнал (помеха) U_К2(t). На выходе перемножителя 27 образуется напряжение:



0tТ_К2,

где

которое не попадает в полосу пропускания узкополосного фильтра 28. Ключ 30 не открывается и ложный сигнал (помеха), принимаемый по второму комбинационному каналу на частоте W_K2, подавляется.

По аналогичной причине подавляются и ложные сигналы (помехи), принимаемые по другим комбинационным каналам.

Таким образом, предлагаемый электронный замок по сравнению с прототипом обеспечивает повышение избирательности и помехозащищенности. Это достигается путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам.