RU2126980C1 - Process of object detection and identification - Google Patents

Abstract

FIELD: location and identification of coordinate points on article, locality. SUBSTANCE: passive radio transponders, each being manufactured on base of solid multitap delay line on surface acoustic waves, are positioned on examined object in accord with chosen law with referencing to coordinate points of examined object. Then pulse radiation emitted by antenna system with narrow radiation pattern is directed into space with object. Binary code number is formed in each radio transponder in advance, responses coming from radio transponders are recorded, object is identified by received responses and its coordinates are determined. Passive radio transponder has one common input interdigital converter of electric signal to acoustic one and several groups of regular systems of output interdigital converters of acoustic signal to electric one which are formed on surface of common acoustic line with mutual displacement in direction of propagation of acoustic wave. Displacement is so set that time delay between re-emitted signals from groups of digits of binary code is equal to interdigital delay. In this case single phase metallized conductors of group of output interdigital converters first with regard to input interdigital converters commutate external and presence of potentially risky loads destabilizing object is judged by change of re-emitted binary code of this group. EFFECT: provision for fast reprogramming of recorded identifying information in mobile or immobile object. 3 dwg

Description

Translated fromRussian

Изобретение относится к области обеспечения отыскания и идентификации координатных точек на изделии, на местности или в пространстве и может быть использовано в сельском хозяйстве, в землепользовании, в навигации, в топографии, в геодезии, в станкостроении, в космических спасательных системах и других областях. The invention relates to the field of search and identification of coordinate points on a product, on the ground or in space and can be used in agriculture, land use, navigation, topography, geodesy, machine tool construction, space rescue systems and other fields.

Известен способ обнаружения и идентификации объекта в системе защиты товарно-материальных ценностей на заводах фирм ASME / УДК (681.322-181.4.009.5: 654.924)(73). Система защиты товарно-материальных ценностей на заводах фирмы ACME / "Экспресс-информация"/ Радиоэлектроника за рубежом, М.: НИИЭИР,1991,в.8(1188), с.5 /, в котором существенными признаками являются:
- в определенной точке пространства размещают по выбранному закону с привязкой к координатным точкам контролируемого объекта датчики - приемоответчики (радиотранспондеры), каждый из которых выполнен, например, в виде кристалла (чипа) полупроводниковой большой интегральной схемы (БИС) с антеннами;
- БИС с антенной размещают на фиксированном расстоянии друг от друга;
- затем в процессе контроля направляют в пространство с объектом электромагнитное импульсное излучение, для чего контролируемый объект (пространство с контролируемыми координатами) облучают радиоизлучением определенной частоты;
- фиксируют поступающие от радиотранспондеров индивидуальные цифровые коды, которые заранее вводят в чип, и по полученным откликам производят распознавание объекта, и определяют его координаты.There is a method of detecting and identifying an object in the system of protection of inventory at the plants of ASME / UDC (681.322-181.4.009.5: 654.924) (73). A system for protecting inventory at ACME's plants / Express-Information / Radio Electronics Abroad, Moscow: NIIEIR, 1991, p.8 (1188), p.5 /, in which the essential features are:
- at a certain point in space, sensors — transponders (radio transponders), each of which is made, for example, in the form of a crystal (chip) semiconductor large integrated circuit (LSI) with antennas — are placed according to the selected law with reference to the coordinate points of the controlled object;
- LSI with antenna placed at a fixed distance from each other;
- then, during the control process, electromagnetic pulsed radiation is sent to the space with the object, for which the controlled object (space with controlled coordinates) is irradiated with radio frequency radiation of a certain frequency;
- they fix the individual digital codes received from the radio transponders, which are entered into the chip in advance, and from the received responses they recognize the object and determine its coordinates.

Данный способ, хотя и позволяет обнаруживать и идентифицировать объект, однако, область применения данного способа ограничена невозможностью получения информации в реальном масштабе времени. При необходимости перепрограммирования кода необходимо применение внешних электронных устройств для реализации этой процедуры. This method, although it allows you to detect and identify an object, however, the scope of this method is limited by the inability to obtain information in real time. If you need to reprogram the code, you must use external electronic devices to implement this procedure.

Наиболее близким заявляемому способу является известный способ идентификации объекта (патент США N 4096477, кл. G 01 S 9/56, опубл. 20.06.78, 9 с. ), в котором:
- размещают на контролируемом объекте по выбранному закону с привязкой к координатным точкам пассивные радиотранспондеры:
- направляют с помощью передатчика в контролируемое пространство импульсное радиоизлучение;
- при этом радиотранспондеры имеют антенные системы и формируют свой кодированный номер;
- фиксируют поступающие от радиотранспондеров отклики, по которым производят распознавание объекта;
- пассивный радиотранспондер выполняют на основе многоотводной линии задержки на поверхностных акустических волнах с одним общим входным встречно-штыревым преобразователем акустического сигнала в электрический и несколькими регулярными системами выходных встречно-штыревых преобразователей акустического сигнала в электрический, которые расположены на поверхности общего звукопровода с взаимным смещением по оси направления распространения акустической волны;
- задают смещение, чтобы задержка во времени между соответствующими переизлученными группами разрядов двоичного кода была равна межразрядной задержке.The closest to the claimed method is a known method of identifying an object (US patent N 4096477, CL G 01 S 9/56, publ. 20.06.78, 9 S.), in which:
- place passive radio transponders on a controlled object according to the selected law with reference to coordinate points:
- direct using a transmitter in a controlled space pulsed radio emission;
- while radio transponders have antenna systems and form their own encoded number;
- record the responses received from the radio transponders by which the object is recognized;
- a passive radio transponder is performed on the basis of a multi-tap delay line on surface acoustic waves with one common input interdigital transducer of the acoustic signal into electric and several regular systems of output interdigital transducers of the acoustic signal into electric, which are located on the surface of the common sound duct with relative displacement along the axis acoustic wave propagation directions;
- set the offset so that the time delay between the corresponding re-emitted groups of bits of the binary code is equal to the inter-bit delay.

Известное техническое решение направлено на уменьшение затухания акустического сигнала на поверхности звукопровода из-за дисперсии энергии сигнала на проводниках тонкопленочной металлизации регулярных структур выходных встречно-штыревых преобразователей. Это достигается разбиением общего звукопровода на ряд параллельных структур со взаимным смещением регулярных структур выходных встречно-штыревых преобразователей с определенным условием, не нарушающим структуру разрядной сетки информационного слова в двоичном коде. The known technical solution is aimed at reducing the attenuation of the acoustic signal on the surface of the sound pipe due to the dispersion of the signal energy on the thin-film metallization conductors of the regular structures of the output interdigital transducers. This is achieved by dividing the common sound duct into a series of parallel structures with mutual offset of the regular structures of the output interdigital transducers with a certain condition that does not violate the structure of the bit grid of the information word in binary code.

Данный способ, хотя и позволяет обнаруживать и идентифицировать объект, однако, область применения данного способа ограничена невозможностью получения обновленной информации в реальном масштабе времени. При необходимости перепрограммирования кода необходимо применение радиотранспондеров на основе электронных устройств для реализации этой процедуры (см. материалы о системах идентификации RFID TIRIS фирм Texas Instruments (США) и Dallas Semiconductor (США) [Dallas Semiconductor / Дилер в Москве - компания "Атос Лтд." тел. /факс (095) 198-5500; hffp/www dalsemi.com; e-mail atac@atac.msk.ru // Металлические электронные идентификаторы в системах ограниченного доступа]). This method, although it allows you to detect and identify an object, however, the scope of this method is limited by the inability to obtain updated information in real time. If it is necessary to reprogram the code, it is necessary to use electronic-based radio transponders to implement this procedure (see materials on RFID TIRIS identification systems from Texas Instruments (USA) and Dallas Semiconductor (USA) [Dallas Semiconductor / Moscow dealer - Atos Ltd.) tel / fax (095) 198-5500; hffp / www dalsemi.com; e-mail atac@atac.msk.ru // Metal electronic identifiers in restricted access systems]).

Другим недостатком электронных систем является низкая стойкость электронного чипа к электромагнитным помехам и ионизирующему излучению. Another disadvantage of electronic systems is the low resistance of the electronic chip to electromagnetic interference and ionizing radiation.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является повышение информативности процедуры идентификации объекта. The problem to which this invention is directed is to increase the information content of the object identification procedure.

Техническим результатом является обеспечение возможности быстрого перепрограммирования фиксированной идентифицирующей информации в подвижном или неподвижном объекте. The technical result is the ability to quickly reprogram fixed identifying information in a moving or stationary object.

Технический 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 пассивные радиотранспондеры, каждый из которых выполнен на базе твердотельной многоотводной линии задержки на поверхностных акустических волнах, затем в процессе контроля направляют в пространство с объектом импульсное излучение, излучаемое антенной системой с узкой диаграммой направленности, при этом в каждом из радиотранспондеров предварительно формируют свой номер в двоичном коде, фиксируют поступающие от радиотранспондеров отклики и по полученным откликам производят распознавание объекта и определяют его координаты, причем пассивный радиотранспондер выполняют с одним общим входным встречно-штыревым преобразователем электрического сигнала в акустический и несколькими группами регулярных систем выходных встречно-штыревых преобразователей акустического сигнала в электрический, которые формируют на поверхности общего звукопровода с взаимным смещением по направлению распространения акустической волны, при этом смещение задают таким образом, чтобы задержка во времени между соответствующими переизлученными сигналами от групп разрядов двоичного кода была равна межразрядной задержке, при этом однофазные металлизированные проводники первой по отношению к входным встречно-штыревым преобразователям группы выходных встречно-штыревых преобразователей коммутируют внешними пассивными электрическими цепями, а по изменению переизлученного двоичного кода этой группы судят о наличии потенциально опасных дестабилизирующих объект нагрузках. The technical result is achieved by the fact that in the known method, namely, first, according to the selected law, passive radio transponders are placed on the controlled object according to the selected law with reference to the coordinate points of the controlled object, each of which is based on a solid-state multi-tap delay line on surface acoustic waves, then the control process is directed into the space with the object pulsed radiation emitted by the antenna system with a narrow radiation pattern, while in each of the radio ponders pre-form their number in binary code, record the responses received from the radio transponders and, based on the received responses, identify the object and determine its coordinates, moreover, the passive radio transponder is performed with one common input interdigital transducer of an electrical signal into an acoustic one and several groups of regular systems of output anti-transponder systems pin transducers of the acoustic signal into electric, which form on the surface of a common sound duct with mutual in the direction of propagation of the acoustic wave, and the offset is set so that the time delay between the corresponding re-emitted signals from the groups of bits of the binary code is equal to the inter-bit delay, while the single-phase metallized conductors are the first with respect to the input interdigital transducers of the group of output interdigital pin converters are switched by external passive electric circuits, and judging by the change in the reradiated binary code of this group, the presence of potentially hazardous destabilizing facility loads.

Способ позволяет обеспечить повышение информативности идентификации координатных точек путем включения кодовой информации о достижении предельных значений внешних критериальных параметров. The method allows to increase the information content of the identification of coordinate points by including code information about the achievement of the limit values of external criteria parameters.

На фиг. 1 изображена схема реализации предложенного способа идентификации объекта с перекодировкой от внешних управляющих цепей;
На фиг. 2 изображено распределение во времени зондирующего транспондер сигнала и его отклик без перекодировки внешними цепями;
На фиг. 3 изображено распределение во времени зондирующего транспондер сигнала и его отклик в случае перекодировки нескольких разрядных встречно-штыревых преобразователей.In FIG. 1 shows a diagram of the implementation of the proposed method for identifying an object with transcoding from external control circuits;
In FIG. 2 shows the time distribution of the transponder sounding signal and its response without transcoding by external circuits;
In FIG. Figure 3 shows the time distribution of the transponder sounding signal and its response in the case of transcoding of several bit interdigital transducers.

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, "Высокочастотная система идентификации фирмы TEMIC": Новости электроники. М.: Специал электроник, 1996, N 2; "Мобильные 64-разрядные электронные ключи в виде металлической таблетки с размещением на брелке. -М.: ОАО "Инкормедиа", 1997, N 1), во-вторых, для реализации заявленного способа авторами предлагается система обнаружения со специальной многоотводной линией задержки на поверхностных акустических волнах (ПАВ) для системы автоматического дистанционного обнаружения и идентификация объекта. The possibility of implementing the proposed method is confirmed by the fact that, firstly, to implement the proposed method, it is possible to use widely used circuitry developments and the available elemental base (see, for example, "TEMIC High-Frequency Identification System": Electronics News. M .: Specialist electronic, 1996, N 2; "Mobile 64-bit electronic keys in the form of a metal tablet with a keychain. -M.: Inkormedia OJSC, 1997, N 1), secondly, the authors propose a detection system to implement the claimed method with a special multi-tap delay line for surface acoustic waves (SAW) for automatic remote detection and object identification.

В качестве примера на обнаружение и идентификацию объекта с повышенной опасностью (особо опасного), размещенного в транспортном контейнере, рассмотрим следующую задачу. As an example of the detection and identification of an object with increased danger (especially dangerous) located in a transport container, we consider the following problem.

Пусть требуется обнаружить и идентифицировать объект, находящийся в транспортном контейнере при попадании последнего в аварийные условия: превышения температуры возгорания материалов; превышение механического нагружения; превышение влажности, давления и других эксплуатационных характеристик. Let it be required to detect and identify an object located in a transport container when the latter gets into emergency conditions: exceeding the ignition temperature of materials; excess of mechanical loading; excess of humidity, pressure and other operational characteristics.

Для решения поставленной задачи необходимо выполнить следующие операции (фиг. 1):
На объекте установлен радиотранспондер на основе многоотводной линии задержки на ниобате лития, выходные встречно-штыревые преобразователи которой содержат 12-и разрядный двоичный код, соответствующий индивидуальному номеру и дополнительный 4-х разрядный код, соответствующий четырем логическим единицам старших разрядов общего 16-и разрядного кода. Исходным кодом, сформированным в многоотводной линии задержки при ее изготовлении будет
16< разряды >1
1111ХХХХХХХХХХХХ,
где X означает произвольное значение, соответствующее логическому 0 или 1, установленное для номера объекта.To solve this problem, you must perform the following operations (Fig. 1):
A radio transponder based on a multi-tap delay line on lithium niobate has been installed at the facility, the output interdigital converters of which contain a 12-bit binary code corresponding to an individual number and an additional 4-bit code corresponding to four logical units of high order bits of a common 16-bit code . The source code generated in the multi-tap delay line during its manufacture will be
16 bits
1111XXXXXXXXXXXXX
where X means an arbitrary value corresponding to a logical 0 or 1 set for the object number.

Следуя заявляемому способу (фиг. 1) в процессе контроля направляют в пространство с объектом (1) импульсное излучение, излучаемое антенной системой (2) с узкой диаграммой направленности. Фиксируют поступающие от датчиков-радиотранспондеров (3) отклики и по полученным откликам производят распознавание объекта и определяют его координаты. Пассивный радиотранспондер выполняют на основе многоотводной линии задержки (4) на поверхностных акустических волнах с одним общим входным встречно-штыревым преобразователем (5) электрического сигнала в акустический и несколькими группами регулярных систем выходных встречно-штыревых преобразователей (6) акустического сигнала в электрический, которые формируют на поверхности общего звукопровода с взаимным смещением по направлению распространения акустической волны. Following the inventive method (Fig. 1) in the process of control, pulse radiation emitted by the antenna system (2) with a narrow radiation pattern is directed into the space with the object (1). The responses received from the radio transponder sensors (3) are recorded and, based on the received responses, the object is recognized and its coordinates are determined. A passive radio transponder is performed on the basis of a multi-tap delay line (4) on surface acoustic waves with one common input interdigital transducer (5) of an electric signal into an acoustic signal and several groups of regular systems of output interdigital transducers (6) of an acoustic signal into an electric signal, which form on the surface of a common sound duct with mutual displacement in the direction of propagation of the acoustic wave.

Смещение задают таким образом, чтобы задержка во времени между соответствующими переизлученными сигналами от групп разрядов двоичного кода была равна межразрядной задержке. При несущей частоте зондирующего сигнала 300 МГц длительность радиоимпульса составляла 0,4 мкс при величине межразрядной задержки 0,4 мкс. Начальная задержка межу входными и первой группой выходных встречно-штыревых преобразователей составляла 2 мкс (фиг. 2). The offset is set so that the time delay between the corresponding re-emitted signals from the groups of bits of the binary code is equal to the inter-bit delay. At a carrier frequency of the probe signal of 300 MHz, the duration of the radio pulse was 0.4 μs with an inter-bit delay of 0.4 μs. The initial delay between the input and the first group of output interdigital converters was 2 μs (Fig. 2).

Однофазные металлизированные проводники первой по отношению к входным встречно-штыревым преобразователям группы выходных встречно-штыревых преобразователей (6) (фиг. 1) коммутируют внешними пассивными электрическими цепями, в качестве которых используют витую пару проводников длиной не более 1,5 м или отрезок коаксиального кабеля с линейными размерами в четверть длины волны (четвертьволновый трансформатор) (7) (фиг. 1) . Single-phase metallized conductors of the first in relation to the input interdigital transducers of the group of output interdigital transducers (6) (Fig. 1) are switched by external passive electric circuits, which use a twisted pair of conductors no more than 1.5 m long or a piece of coaxial cable with linear dimensions of a quarter wavelength (quarter-wave transformer) (7) (Fig. 1).

При замыкании (размыкании) незапитанных ("сухих") контактов датчиков критических значений параметров дестабилизирующих факторов производят изменение разрядного кода в соответствующем разряде первой группы встречно-штыревых преобразователей (фиг. 3). When the non-energized (“dry”) contacts of the sensors of the critical values of the parameters of the destabilizing factors are closed (opened), the discharge code is changed in the corresponding discharge of the first group of interdigital transducers (Fig. 3).

16< разряды >1
1010XXXXXXXXXXXX
При сравнении исходных данных с полученными судят о наличии потенциально опасных дестабилизирующих объект нагрузках. В приведенном примере изменения произошли в 13 и 15 разрядах.16 bits
1010XXXXXXXXXXXXX
When comparing the initial data with the obtained, they are judged about the presence of potentially dangerous destabilizing object loads. In the above example, changes occurred in the 13th and 15th digits.

В результате четкого выполнения вышеприведенного алгоритма решения поставленной задачи все возможные изменения допустимых нагрузок быстро обнаруживаются и идентифицируются. As a result of a clear implementation of the above algorithm for solving the problem, all possible changes in permissible loads are quickly detected and identified.

Использование предлагаемого изобретения позволяет:
1. Обеспечить быстрое и удобное обнаружение и идентификацию различных объектов: средств передвижения в железнодорожном и автомобильном транспорте, отдельных судов или маяков в морском судоходстве, аварийных "черных ящиков" в авиации и т.д.Using the invention allows:
1. To provide quick and convenient detection and identification of various objects: vehicles in rail and road transport, individual ships or lighthouses in maritime traffic, emergency black boxes in aviation, etc.

2. Обеспечить идентификацию от 4-х и более категорий дополнительных источников информации. 2. Provide identification from 4 or more categories of additional sources of information.

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. 3. To ensure high reliability of the system of detection and identification of coordinate points under conditions of active negative impact on the system of precipitation, climatic changes in the environment, as well as industrial pollution by using the most reliable communication channel - the radio channel.

4. Обеспечить малые габариты системы за счет компактности применяемого оборудования. 4. Ensure the small size of the system due to the compactness of the equipment used.

5. Обеспечить большой срок службы системы за счет использования в ретрансляторе пассивной схемы работы "запрос-ответ" и низкого энергопотребления системы. 5. Ensure a long system life due to the use of a passive request-response circuit in the repeater and low power consumption of the system.

6. Обеспечить относительную простоту и технологичность изготовления и, как следствие, низкую себестоимость оборудования. 6. To ensure relative simplicity and manufacturability and, as a consequence, low cost of equipment.

Claims (1)

Translated fromRussian

Способ обнаружения и идентификации объекта, включающий предварительное размещение на контролируемом объекте по выбранному закону с привязкой к координатным точкам пассивных радиотранспондеров, направление в пространство с объектом импульсного радиоизлучения, при этом радиотранспондеры имеют антенные системы и формируют свой кодированный номер, фиксации поступающих от радиотранспондеров откликов, которыми производят распознавание объекта, выполнении радиотранспондера на основе многоотводной линии задержки на поверхностных акустических волнах с одним общим входным встречно-штыревым преобразователем электрического сигнала в акустический и несколькими регулярными системами выходных встречно-штыревых преобразователей акустического сигнала в электрический, расположении их на поверхности общего звукопровода с взаимным смещением по оси направления распространения акустической волны и задании такого смещения, чтобы задержка во времени между соответствующими переизлученными группами разрядов двоичного кода была равна межразрядной задержке, отличающийся тем, что радиотранспондеры выполняют таким образом, что металлизированные проводники первой по отношению к входным встречно-штыревым преобразователям группы выходных встречно-штыревых преобразователей коммутируют внешними электрическими цепями, а по изменению переизлученного двоичного кода судят о наличии потенциально опасных дестабилизирующих объект нагрузках. A method for detecting and identifying an object, including pre-placing on a controlled object according to the selected law with reference to the coordinate points of passive radio transponders, directing pulsed radio emission into the space with the object, while the radio transponders have antenna systems and form their own encoded number, fixing the responses received from the radio transponders Recognize an object by performing a radio transponder based on a multi-tap delay line on surface acus waves with one common input interdigital transducer of an electric signal into an acoustic one and several regular systems of output interdigital transducers of an acoustic signal into an electric one, positioning them on the surface of a common sound duct with relative displacement along the axis of the acoustic wave propagation direction and setting such an offset so that the delay in time between the corresponding re-emitted groups of bits of the binary code was equal to the inter-bit delay, characterized in that the radio transponders perform in such a way that the metallized conductors of the group of output interdigital converters of the first in relation to the input interdigital transducers are switched by external electric circuits, and the presence of potentially dangerous destabilizing objects is judged by a change in the reradiated binary code.

Images