противоугонное устройство для транспортного средства

Формула изобретения

Противоугонное устройство для транспортного средства, содержащее передатчик, установленный на посту контроля и состоящий из последовательно включенных задающего генератора, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом генератора модулирующего кода, усилителя мощности, дуплексера, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, и второго усилителя высокой частоты, последовательно включенных второго фазового детектора и компьютера, приемник, установленный на транспортном средстве и состоящий из последовательно включенных приемной антенны и первого усилителя высокой частоты, последовательно включенных удвоителя частоты, второго измерителя ширины спектра, блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого измерителя ширины спектра, первого порогового блока, второго ключа, первого фазового детектора, второй вход которого через последовательно включенные делитель частоты на два и узкополосный фильтр соединен с выходом удвоителя частоты, однополярного вентиля, накопителя и второго порогового блока, установленные на транспортном средстве первое и второе реле, выполненные первое с замыкающим и размыкающим, а второе с замыкающим контактами, обмотка первого из которых подключена к аккумуляторной батарее транспортного средства через выключатель зажигания, а один из контактов включен в цепь катушки зажигания, узел временной задержки, тиристор, включенный в цепь питания звукового сигнализатора параллельно выключателю звукового сигнализатора и соединенный управляющим электродом с выходом узла временной задержки, первый ключ, соединенный последовательно с обмоткой первого реле, управляющий выключатель и сигнальные лампы, при этом первое реле выполнено с дополнительным замыкающим контактом, который включен в цепь управления узла временной задержки, а его первый замыкающий контакт включен между звуковым сигнализатором и выключателем зажигания, управляющий выключатель включен между первым ключом, второй вход которого соединен с выходом второго порогового блока, и корпусом транспортного средства, а обмотка второго реле и последовательно соединенные между собой замыкающий контакт второго реле и включенные параллельно сигнальные лампы подключены к аккумуляторной батарее через первый замыкающий контакт первого реле, установленный на транспортном средстве пассивный приемоответчик, выполненный на пьезокристалле с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным преобразователем и набором отражателей, при этом преобразователь выполнен в виде встречно-штыревой структуры, играет роль линии задержки на поверхностных акустических волнах и содержит две гребенчатые системы электродов, соединенные друг с другом шинами, которые связаны с микрополосковой антенной, также изготовленной на поверхности пьезокристалла, отличающееся тем, что оно снабжено на посту контроля вторым гетеродином, вторым смесителем, вторым усилителем промежуточной частоты, перемножителем и полосовым фильтром, причем к выходу второго усилителя высокой частоты последовательно подключены второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, второй усилитель промежуточной частоты, перемножитель, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, полосовой фильтр и второй фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, а на транспортном средстве - первым гетеродином, первым смесителем и первым усилителем промежуточной частоты, причем к выходу первого усилителя высокой частоты последовательно подключены первый смеситель, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, и первый усилитель промежуточной частоты, выход которого соединен с входами первого измерителя ширины спектра и удвоителя частоты и со вторым входом второго ключа.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое устройство относится к транспортной технике, в частности к устройствам для предотвращения несанкционированного использования или хищения транспортных средств с использованием радиоканала.

Известны противоугонные устройства с использованием радиоканала (например, патенты РФ №2006394, 2011574, 2011575, 2021927, 2033352, 2033353, 2042548, 2058906, 2061320, 2061321, 2061323, 218029, 2254245 и другие).

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является «Противоугонное устройство для транспортного средства» (патент РФ №2254245, В60R 25/04, 2003), которое и выбрано в качестве прототипа.

Указанное устройство обеспечивает дистанционный поиск и обнаружение угнанного транспортного средства, находящегося в общем транспортном потоке, и его задержание или находящегося в статическом обесточенном состоянии на стоянке, в гараже или просто на улице.

Известное устройство характеризуется низкой чувствительностью и малым динамическим диапазоном используемых приемников в связи с их построением по схеме прямого усиления. Это приводит к снижению дальности действия устройства, что является его недостатком.

Технической задачей изобретения является повышение чувствительности, динамического диапазона и дальности действия устройства путем построения его приемников по супергетеродинной схеме.

Поставленная задача решается тем, что противоугонное устройство для транспортного средства, содержащее передатчик, установленный на посту контроля и состоящий из последовательно включенных задающего генератора, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом генератора модулирующего кода, усилителя мощности, дуплексера, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной и второго усилителя высокой частоты, последовательно включенных второго фазового детектора и компьютера, приемник, установленный на транспортном средстве и состоящий из последовательно включенных приемной антенны и первого усилителя высокой частоты, последовательно включенных удвоителя частоты, второго измерителя ширины спектра, блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого измерителя ширины спектра, первого порогового блока, второго ключа, первого фазового детектора, второй вход которого через последовательно включенные делитель частоты на два и узкополосный фильтр соединен с выходом удвоителя частоты, однополярного вентиля, накопителя и второго порогового блока, установленные на транспортном средстве первое и второе реле, выполненные первое с замыкающим и размыкающим, а второе с замыкающим контактами, обмотка первого из которых подключена к аккумуляторной батарее транспортного средства через выключатель зажигания, а один из контактов включен в цепь питания катушки зажигания, узел временной задержки, тиристор, включенный в цепь питания звукового сигнализатора параллельно выключателю звукового сигнализатора и соединенный управляющим электродом с выходом узла временной задержки, первый ключ, соединенный последовательно с обмоткой первого реле, управляющий выключатель и сигнальные лампы, при этом первое реле выполнено с дополнительным замыкающим контактом, который включен в цепь управления узла временной задержки, а его первый замыкающий контакт включен между звуковым сигнализатором и выключателем зажигания, управляющий выключатель включен между первым ключом, второй вход которого соединен с выходом второго порогового блока, и корпусом транспортного средства, а обмотка второго реле и последовательно соединенные между собой замыкающий контакт второго реле и включенные параллельно сигнальные лампы подключены к аккумуляторной батарее через первый замыкающий контакт первого реле, установленный на транспортном средстве пассивный приемоответчик, выполненный на пьезокристалле с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным преобразователем и набором отражателей, при этом преобразователь выполнен в виде встречно-штыревой структуры, играет роль линии задержки на поверхностных акустических волнах и содержит две гребенчатые системы электродов, соединенные друг с другом шинами, которые связаны с микрополосковой антенной, также изготовленной на поверхности пьезокристалла, снабжено на посту контроля вторым гетеродином, вторым смесителем, вторым усилителем промежуточной частоты, перемножителем и полосовым фильтром, причем к выходу второго усилителя высокой частоты последовательно подключены второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, второй усилитель промежуточной частоты, перемножитель, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, полосовой фильтр и второй фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, а на транспортном средстве - первым гетеродином, первым смесителем и первым усилителем промежуточной частоты, причем к выходу первого усилителя высокой частоты последовательно подключены первый смеситель, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, и первый усилитель промежуточной частоты, выход которого соединен с входами первого измерителя ширины спектра и удвоителя частоты и со вторым входом второго ключа.

Структурная схема передатчика, установленного на посту контроля, представлена на фиг.1. Структурная схема приемника и исполнительного блока, установленных на транспортном средстве, представлена на фиг.2. Схема приемоответчика, установленного на транспортном средстве, изображена на фиг.3. Временные диаграммы, поясняющие работу устройства, показаны на фиг.4 и 5.

Передатчик 1 состоит из последовательно включенных задающего генератора 2, фазового манипулятора 4, второй вход которого соединен с выходом генератора 3 модулирующего кода, усилителя 5 мощности, дуплексера 46, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной 6, второго усилителя 47 высокой частоты, второго смесителя 61, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 60, второго усилителя 62 промежуточной частоты, перемножителя 63, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 2, полосового фильтра 64, второго фазового детектора 48, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 60, и компьютера 49.

Приемник 7 содержит последовательно включенные приемную антенну 8, первый усилитель 9 высокой частоты, первый смеситель 58, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 57, первый усилитель 59 промежуточной частоты, удвоитель 12 частоты, второй измеритель 13 ширины спектра, блок 14 сравнения, второй вход которого через первый измеритель 11 ширины спектра соединен с выходом усилителя 59 промежуточной частоты, первый пороговый блок 15, второй ключ 16, второй вход которого соединен с выходом усилителя 59 промежуточной частоты, первый фазовый детектор 19, второй вход которого через последовательно включенные делитель 17 частоты на два и узкополоский фильтр 18 соединен с выходом удвоителя 12 частоты, однополярный вентиль 20, накопитель 21 и второй пороговый блок 22. Удвоитель 12 частоты, измерители 11 и 13 ширины спектра, блок 14 сравнения, пороговые блоки 15 и 22, ключ 16, фазовый детектор 19, делитель 17 частоты на два, узкополосный фильтр 18, однополярный вентиль 20 и накопитель 21 образуют обнаружитель 10.

Исполнительный блок 27 состоит из последовательно подключенных к плюсовой шине аккумулятора 29, выключателя 28 зажигания, контакта 25.1 и первой обмотки катушки 24 зажигания. Параллельно аккумулятору 29 включены последовательно соединенные выключатель 28 зажигания, обмотка 25 реле, первый ключ 23, второй вход которого соединен с выходом второго порогового блока 22, и выключатель 26, последовательно соединенные контакты 25.2, 30.1 и сигнальные лампы 31-34, включенные параллельно, и обмотка 30 реле. К плюсовой шине аккумулятора 29 последовательно подключены контакт 25.2, звуковой сигнализатор 35 и узел 40 временной задержки. К выходу звукового сигнализатора 35 последовательно подключены транзистор 41, зашунтированный тиристором 38, и конденсатор 39. В базовую цепь транзистора 41 включен стабилитрон 44. К звуковому сигнализатору 35 последовательно подключены резистор 42, резистор 43, контакт 25.3 и конденсатор 45.

Приемоответчик 50 представляет собой пьезокристалл 51 с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным преобразователем и набором отражателей 56. Причем преобразователь выполнен в виде встречно-штыревой структуры, играет роль линии задержки на поверхностных акустических волнах (ПАВ) и содержит две гребенчатые системы электродов 53, соединенные друг с другом шинами 54 и 55, которые связаны с микрополосковой антенной 52, также изготовленной на поверхности пьезокристалла 51.

Принцип дистанционного поиска и обнаружения в общем транспортном потоке угнанного средства основан на использовании сложного фазоманипулированного (ФМН) сигнала, который излучается передатчиком, принимается и селектируется приемником, детектируется, накапливается и используется для включения габаритных ламп, звукового сигнализатора и выключения двигателя. Причем включенные лампы 31-34 и звуковой сигнализатор 35 являются признаком обнаружения угнанного транспортного средства, а выключенный двигатель обеспечивает задержание транспортного средства и угонщика. При этом передатчик 1 устанавливается на постах контроля или машинах ГАИ, а приемник 7 и исполнительный блок 27 - на транспортных средствах.

Использование сложного ФМН-сигнала позволяет применять новый вид селекции - структурную селекцию, которая обеспечивает более высокую помехоустойчивость и надежность выделение указанного сигнала среди других сигналов и помех, действующих в той же полосе частот и в те же промежутки времени.

Принцип работы встречно-штыревого преобразователя основан на том, что переменные в пространстве и времени электрические поля, создаваемые в пьезоэлектрическом кристалле системой электродов, вызывают из-за пьезоэффекта упругие деформации, которые распространяются в кристалле в виде ПАВ.

Устройство работает следующим образом. После включения передатчика 1 высокочастотное колебание (фиг.4а)

где _c, _с, _с, Т_с - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность высокочастотного колебания

с выхода задающего генератора 2 поступает на первый вход фазового манипулятора 4, на второй вход которого подается модулирующий код M₁(t) (фиг.4б) с выхода генератора 3 модулирующего кода. В результате фазовой манипуляции на выходе фазового манипулятора 4 образуется ФМН-сигнал (фиг.4в)

где _k1(t)={0, } - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M ₁(t), причем _к(t)=const при К· _u<t<(К+1)· _u и может изменяться скачком при t=К· _u, т.е. на границах между элементарными посылками (К=0, 1, 2,...,N-1);

_u, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью T_с (T_c=N· _u).

Этот сигнал после усиления в усилителе 5 мощности излучается антенной 6 в эфир. При этом приемопередающая антенна 6 может быть направленной, например параболической, что обеспечивает облучение только транспортного потока, проходящего мимо пункта контроля.

ФМН-сигнал U ₂(t) улавливается приемной антенной 8 транспортного средства и через усилитель 9 высокой частоты поступает на первый вход смесителя 58, на второй вход которого подается напряжение первого гетеродина 57

На выходе смесителя 58 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 59 выделяется напряжение промежуточной (разностной) частоты (фиг.4г)

где _пр1=1/2K₁· _c· _г1;

_пр= _с- _г - промежуточная частота;

_пр1= _с- _г,

которое поступает на вход обнаружителя 10, состоящего из измерителей 11 и 13 ширины спектра, удвоителя 12 частоты, блока 14 сравнения, порогового блока 15, ключа 16, делителя 17 частоты на два, узкополосного фильтра 18, фазового детектора 19, однополярного вентиля 20, накопителя 21 и порогового блока 22. На выходе удвоителя 12 частоты образуется гармоническое напряжение (фиг.4.д)

Так как 2 _к(t)={0, 2 }, то в указанном напряжении манипуляция фазы уже отсутствует.

Ширина спектра f₂ второй гармоники определяется длительностью T_с сигнала ( f₂=1/Т_с), тогда как ширина спектра f_c ФМН-сигнала определяется длительностью _u его элементарных посылок ( f_c=1/ _u), т.е. ширина спектра f₂ второй гармоники сигнала в N раз меньше ширины спектра f_c входного сигнала ( f_c/ f₂=N).

Следовательно, при удвоении частоты ФМН-сигнала его спектр сворачивается в N раз. Это и позволяет обнаружить ФМН-сигнал среди других сигналов, шумов и помех даже тогда, когда его мощность на входе приемника меньше мощности шумов и помех.

Ширина спектра f_c входного ФМН-сигнала измеряется с помощью измерителя 11, а ширина спектра f₂ второй гармоники сигнала измеряется с помощью измерителя 13.

Напряжение ₁ и ₂, пропорциональные f_c и f₂ соответственно, с выходов измерителей 11 и 13 ширины спектра поступают на два входа блока 14 сравнения. Так как ₁> ₂, то на выходе блока 14 сравнения образуется положительное напряжение, которое превышает пороговый уровень _пор1 в пороговом блоке 15. Пороговый уровень _пор1 выбирается таким, чтобы его не превышали случайные помехи. При превышении порогового уровня _пор1 в пороговом блоке 15 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 16, открывая его. Ключи 16 и 23 в исходном состоянии всегда закрыты. При этом ФМН-сигнал U₂(t) (фиг.4.в) с выхода усилителя 59 промежуточной частоты через открытый ключ 16 поступает на информационный вход фазового детектора 19. Гармоническое напряжение U₃(t) с выхода удвоителя 12 частоты одновременно поступает на вход делителя 17 частоты на два, на выходе которого образуется напряжение (фиг.4.е)

Это напряжение выделяется узкополосным фильтром 18 и подается на опорный вход фазового детектора 19. На выходе последнего образуется низкочастотное напряжение (фиг.4.ж)

где _н1=1/2К₂· _пр1 ²;

К₂ - коэффициент передачи фазового детектора,

соответствующее по форме модулирующему коду M ₁(t) (фиг.4.в). Указанное напряжение поступает на вход однополярного вентиля 20, на выходе которого образуются только положительные импульсы (фиг.4.з). Эти импульсы после накопления в накопителе 21 превышают пороговый уровень _пор2 в пороговом блоке 22. При превышении указанного уровня в пороговом блоке 22 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 23, открывая его. При этом постоянное напряжение аккумулятора 29 через замкнутый выключатель 28 зажигания, открытый ключ 23 и замкнутый выключатель 26 устройства подается на обмотку реле 25. Выключатель 26 устройства устанавливается на транспортном средстве в месте, известном только владельцу. При срабатывании реле 25 размыкается контакт 25.1 и замыкаются контакты 25.2 и 25.3. Разомкнутый контакт 25.1 выключает двигатель, что приводит к остановке транспортного средства.

Постоянное напряжение аккумулятора 29 через замкнутый контакт 25.2 подается на обмотку реле 30, которое срабатывает и замыкает контакт 30.1. При этом включаются сигнальные лампы 31-34, установленные на передней и задней панелях кузова транспортного средства. Одновременно напряжение аккумулятора 29 через замкнутый контакт 25.2 подается на звуковой сигнализатор 35. Работа сигнальных ламп 31-34 и звукового сигнализатора 35 является признаком обнаружения угнанного транспортного средства. В схеме противоугонного устройства используются уже имеющиеся на транспортном средстве звуковой сигнализатор и габаритные лампы.

При замыкании контактов 2 5.2 и 25.3 напряжение питания подается также на узел 40 временной задержки, состоящий из транзистора 41, резисторов 42 и 43, стабилитрона 44 и конденсатора 45. Конденсатор 45 начинает заряжаться и через определенный интервал времени (5-7 с), который регулируется переменным резистором 43, напряжение на конденсаторе 45 достигает напряжения открывания стабилитрона 44, отпирается тиристор 38 и срабатывает звуковой сигнализатор 35. Для поддержания тиристора 38 в открытом состоянии используется заряд конденсатора 37. Звуковой сигнализатор 35 и габаритные лампы 31-34 продолжают работать до задержания транспортного средства и угонщика. Если звуковой сигнализатор 35 срабатывает, то его невозможно выключить, только отключив выключатель 28 зажигания. Для выключения звукового сигнализатора 35 необходимо выключить зажигание и кратковременно нажать на выключатель 36. Этим достигается запирание тиристора 38 и исключается его повторное открытие.

Одновременно зондирующий ФМН-сигнал U₂ (t) (фиг.4.в) облучает пассивный приемоответчик 50, который может быть вмонтирован в один или несколько элементов транспортного средства, закамуфлирован под определенный предмет или может быть выполнен в виде отдельного миниатюрного устройства, которое помещается в потайном месте транспортного средства.

Принцип действия пассивного приемоответчика 50 основан на акустической обработке принимаемого ФМН-радиоимпульса с помощью линии задержки на поверхностных акустических волнах (ПАВ).

В основе работы приборов на ПАВ лежат три физические процесса:

- преобразование входного электрического сигнала в акустическую волну;

- распространение акустической волны по поверхности звукопровода и ее отражение;

- обратное преобразование ПАВ в электрический сигнал с параметрами, определяемыми внутренней структурой встречно-штыревого преобразователя.

Для прямого и обратного преобразования используется встречно-штыревой преобразователь, полоса пропускания которого много больше ширины спектра f_c принимаемого сигнала.

Акустическая волна, полученная в преобразователе, распространяется по поверхности пьезокристалла 51 и через некоторое время достигает отражающих пластин 56, которые отражают акустическую волну назад с фазой, определяемой положением отражающих пластин 56, и амплитудой, пропорциональной коэффициенту отражения. Преобразователь ПАВ преобразует отраженную акустическую волну обратно в радиоимпульс с фазовой манипуляцией (фиг.5б)

где _к2(t)={0, } - определяется внутренней структурой встречно-штыревого преобразователя (модулирующим кодом M₂(t) (фиг.5а)).

В качестве примера на фиг.3 и фиг.5.а показана встречно-штыревая структура для кода 10100101.

Сформированный радиоимпульс U₅(t) (фиг.5б) излучается микрополосковой антенной 52 в эфир, принимается антенной 6 и через дуплексер 46 и усилитель 47 высокой частоты поступает на первый вход смесителя 61, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 60 (фиг.5г)

На выходе смесителя 61 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 62 выделяется напряжение промежуточной (разностной) частоты (фиг.5в)

где _пр2=1/2K₁· ₅· _г2;

_пр= _с- _г - промежуточная частота;

_пр2= _с- _г2,

которое поступает на первый вход перемножителя 63, на второй вход которого подается высокочастотное колебание U₁(t) (фиг.4а) с выхода задающего генератора 2. На выходе перемножителя 63 образуется напряжение (фиг.5д)

где ₆=1/2K₂· _c· _пр2;

K₂ - коэффициент передачи перемножителя,

которое представляет собой ФМН-сигнал на частоте гетеродина 60, выделяется полосовым фильтром 64 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 48. На второй (опорный) вход фазового детектора 48 в качестве опорного напряжения подается напряжение U _Г2(t) (фиг.5г) гетеродина 60. В результате синхронного детектирования на выходе фазового детектора 48 образуется низкочастотное напряжение (фиг.5е)

где _н2=1/2К₃· ₆· _г2;

пропорциональное модулирующему коду M₂(t) (фиг.5.а). Это напряжение с выхода фазового детектора 48 направляется в базу данных компьютера 49 для идентификации. Оно представляет собой индивидуальную маркировку обследуемого транспортного средства, например его идентификационный номер. Предварительно индивидуальные номера угнанных транспортных средств регистрируются путем внесения их в базу данных компьютера 49. По результатам идентификации принимается решение и определяют характеристику угнанного транспортного средства.

Если угнанное транспортное средство находится в статическом обесточенном состоянии, то в работе участвуют передатчик 1 и пассивный приемоответчик 50.

Следовательно, указанное устройство обеспечивает не только дистанционный поиск и обнаружение угнанного транспортного средства, находящегося в общем транспортном потоке, и его задержание, но и передачу на пункт контроля тревожной информации, содержащей сведения об угнанном транспортном средстве.

Кроме того, на пункт контроля передается тревожная информация по радиоканалу при нахождении угнанного транспортного средства в статическом обесточенном состоянии на стоянке, в гараже или просто на улице при соответствующем его облучении сканирующим устройством.

Основное преимущество системы автоматической телеиндикации угнанного транспортного средства, находящегося в динамике или статике, состоит в возможности использовать пассивный, т.е. не требующий источников питания приемоответчик с малыми габаритами.

Другое преимущество заключается в возможности совмещения функций переизлучения энергии, кодирования индивидуальной информации об угнанном транспортном средстве и функций датчика какой-либо физической величины в одном устройстве с простой конструкцией.

В ряде случаев положительным свойством пассивного приемоответчика на ПАВ можно считать малые затраты на длительную эксплуатацию (отсутствие батареи и большое время наработки на отказ).

В особых случаях считывание индивидуальной маркировки с угнанных транспортных средств можно производить скрытно, без видимых признаков их облучения.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает повышение чувствительности, динамического диапазона и дальности действия. Это достигается путем построения приемников на пункте контроля и транспортном средстве по супергетеродинной схеме.

Следует отметить, что чувствительность приемника прямого усиления составляет 10 ^-2-10^-3 Вт, в то время как чувствительность супергетеродинного приемника составляет 10^-6 -10^-8 Вт.

Кроме того, синхронное детектирование принимаемого ФМН-сигнала осуществляется на стабильной низкой частоте _г2 гетеродина 60, что не требует дополнительной фазовой синхронизации. Последнее было необходимо при использовании для синхронного детектирования принимаемого ФМН-сигнала частоты _с задающего генератора 2, так как на зондирующий и переизлученный сигналы воздействуют различные дестабилизирующие факторы.