RU2465743C1 - Method of determining coordinates of mobile object in closed rooms and system for realising said method - Google Patents

Method of determining coordinates of mobile object in closed rooms and system for realising said method Download PDF

Info

Publication number
RU2465743C1
RU2465743C1 RU2011138431/08A RU2011138431A RU2465743C1 RU 2465743 C1 RU2465743 C1 RU 2465743C1 RU 2011138431/08 A RU2011138431/08 A RU 2011138431/08A RU 2011138431 A RU2011138431 A RU 2011138431A RU 2465743 C1 RU2465743 C1 RU 2465743C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency
phase
output
moving object
electronic
Prior art date
Application number
RU2011138431/08A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Анатольевич Калинин (RU)
Владимир Анатольевич Калинин
Валерий Антонович Шубарев (RU)
Валерий Антонович Шубарев
Владимир Николаевич Петрушин (RU)
Владимир Николаевич Петрушин
Виктор Иванович Дикарев (RU)
Виктор Иванович Дикарев
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Авангард"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Авангард" filed Critical Открытое акционерное общество "Авангард"
Priority to RU2011138431/08A priority Critical patent/RU2465743C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2465743C1 publication Critical patent/RU2465743C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: information technology.
SUBSTANCE: system for determining coordinates of a mobile object in closed rooms has radiofrequency identifiers 1.i (i=1, 2, …, n), a reader 2, a transmitting wireless modem 3, a receiving wireless modem 5, a computer 4, wherein the reader 2 has a master generator 6, a circulator 7, a high frequency amplifier 9 and a phase detector 10; the transmitting wireless modem has a delay line 11, a pseudorandom sequence generator 12, an adder 13, a regenerative divider 14, a phase-shift modulator 16, a power amplifier 17; the receiving modem 5 has a high frequency amplifier 24, a phase doubler 25, first 26 and second 28 narrow-band filters, a phase halver 27 and a phase detector 29.
EFFECT: high accuracy and reliability of determining coordinates of mobile objects in closed rooms through complete frequency isolation between radiofrequency identifiers and wireless modems.
2 cl, 5 dwg

Description

Предлагаемые способ и система относятся к автоматике и вычислительной технике и могут быть использованы при построении систем автоматизированного управления складами, а именно для облегчения поиска грузов, в системах поиска шахтеров в шахтах после аварии, отслеживания перемещений персонала по территории охраняемых и важных объектов.The proposed method and system relates to automation and computer technology and can be used in the construction of automated warehouse management systems, namely to facilitate the search for goods, in the search systems for miners in mines after an accident, and to track staff movements around protected and important objects.

Известны способы определения координат подвижного объекта (патенты РФ №№2.013.785, 2.248.235, 2.284.542, 2.286.486, 2.351.945; патенты США №№4.916.455, 6.044.256, 7.151.447; патент Великобритании №2.256.730; патент Франции №2.630.565; патент WO №98/53.431; Бурлаков В. Радиочастотная идентификация. Электронные компоненты, 2005, №5, с.55-60 и другие).Known methods for determining the coordinates of a moving object (RF patents Nos. 2,013.785, 2.248.235, 2.284.542, 2.286.486, 2.351.945; US patents Nos. 4,916.455, 6.044.256, 7.151.447; UK patent No. 2.256.730; French patent No. 2.630.565; patent WO No. 98 / 53.431; Burlakov V. Radio-frequency identification. Electronic components, 2005, No. 5, pp. 55-60 and others).

Из известных способов и систем наиболее близкими к предлагаемым являются «Способ определения координат подвижного объекта в закрытых помещениях и система для его реализации» (патент РФ №2.351.945, G01S 5/00, 2007), которые и выбраны в качестве базовых объектов.Of the known methods and systems closest to the proposed are the "Method for determining the coordinates of a moving object in enclosed spaces and a system for its implementation" (RF patent No. 2,351.945, G01S 5/00, 2007), which are selected as the basic objects.

Известные способ и система обеспечивают повышение достоверности и надежности мониторинга подвижных объектов в закрытых помещениях путем использования сложных сигналов с фазовой манипуляцией и надежных радиочастотных идентификаторов на поверхностных акустических волнах (ПАВ).The known method and system provides an increase in the reliability and reliability of monitoring moving objects in enclosed spaces by using complex signals with phase shift keying and reliable radio frequency identifiers on surface acoustic waves (SAWs).

Для развязки радиочастотных идентификаторов и радиомодемов выбраны разные частоты w1 и w2=2w1.For decoupling of radio frequency identifiers and radio modems, different frequencies w 1 and w 2 = 2w 1 were selected.

Однако частоты w1 и w2=2w1 являются кратными, и между радиочастотными идентификаторами и радиомодемами возможна связь на гармониках указанных частот, что не обеспечивает полной развязки между ними.However, the frequencies w 1 and w 2 = 2w 1 are multiple, and communication between the RF identifiers and the radio modems is possible at the harmonics of the indicated frequencies, which does not provide a complete isolation between them.

Кроме того, процедура получения опорного напряжения, необходимого для синхронного детектирования принимаемого ФМн-сигнала в приемном радиомодеме, включает вращение фазы гармонического колебания на 90°, что практически трудно реализуемо.In addition, the procedure for obtaining the reference voltage necessary for the synchronous detection of the received PSK signal in the receiving radio modem includes the rotation of the phase of the harmonic oscillation by 90 °, which is practically difficult to implement.

Технической задачей изобретения является повышение достоверности и надежности определения координат подвижных объектов в закрытых помещениях путем полной развязки по частоте между радиочастотными идентификаторами и радиомодемами и упрощения процедуры выделения опорного напряжения непосредственно из принимаемого сигнала с фазовой манипуляцией.An object of the invention is to increase the reliability and reliability of determining the coordinates of moving objects in enclosed spaces by completely decoupling the frequency between the radio frequency identifiers and the radio modems and simplifying the procedure for extracting the reference voltage directly from the received signal with phase shift keying.

Поставленная задача решается тем, что способ определения координат подвижного объекта в закрытых помещениях с использованием электронных идентификаторов и считывателей, согласно которому, в соответствии с ближайшим аналогом, считыватель закрепляют на подвижном объекте, а электронные идентификаторы закрепляют на элементах конструкции помещения, при приближении к электронному идентификатору подвижного объекта его считывателем считывают код электронного идентификатора и вместе с кодом подвижного объекта передают через радиомодем на радиомодем электронно-вычислительной машины (ЭВМ), при этом положение электронных идентификаторов определяется сеткой с постоянным шагом, нанесенной на план помещения, коды электронных идентификаторов и коды координат их положения запоминают в ЭВМ, в которой определяют координаты подвижного объекта и отображают его положение на мониторе совместно с планом помещения, в качестве электронного идентификатора используют пьезокристалл с нанесенным на его поверхность алюминиевым встречно-штыревым преобразователем, связанным с микрополосковой антенной, и набором отражателей, при приближении к электронному идентификатору подвижного объекта его считывателем облучают электронный идентификатор гармоническим колебанием несущей частоты w1, принимают его на электронном идентификаторе, преобразуют в акустическую волну, обеспечивают ее распространение по поверхности пьезокристалла и обратное отражение, преобразуют отраженную акустическую волну опять в сложный сигнал с фазовой манипуляцией, внутренняя структура которого соответствует структуре встречно-штыревого преобразователя, переизлучают его в эфир, принимают считывателем подвижного объекта, усиливают по амплитуде, осуществляют синхронное детектирование на частоте w1, выделяют низкочастотное напряжение, соответствующее коду электронного идентификатора, суммируют с кодом подвижного объекта, выделяют гармоническое колебание несущей частоты w2, манипулируют его по фазе суммарным кодом, усиливают по мощности, сформированный сложный сигнал с фазовой манипуляцией излучают в эфир и принимают радиомодемом ЭВМ, отличается от ближайшего аналога тем, что гармоническое колебание несущей частоты w1 преобразуют по частоте с использованием гармонического колебания частоты

Figure 00000001
, выделяют гармоническое колебание разностной частоты
Figure 00000002
, умножают его частоту на n, выделяют гармоническое колебание частоты
Figure 00000003
, умножают его частоту на
Figure 00000004
и выделяют гармоническое колебание частоты
Figure 00000005
, причем отношение
Figure 00000006
выбирают дробно-рациональным, где n, m - простые числа, между которыми выполняется неравенство n≠m-1, принимаемый радиомодемом ЭВМ сложный сигнал с фазовой манипуляцией на частоте w2 умножают по фазе на два, выделяют гармоническое колебание на частоте 2w2, делят его по фазе на два, выделяют гармоническое колебание несущей частоты w2 и используют его для синхронного детектирования сложного сигнала с фазовой манипуляцией.The problem is solved in that the method of determining the coordinates of a moving object in enclosed spaces using electronic identifiers and readers, according to which, in accordance with the closest analogue, the reader is fixed on a moving object, and electronic identifiers are fixed on structural elements of the room, when approaching the electronic identifier the code of the mobile identifier, the electronic identifier code is read by its reader, and together with the code of the moving object is transmitted via a radio modem of an electronic computer (COMPUTER), while the position of electronic identifiers is determined by a grid with a constant step plotted on the floor plan, codes of electronic identifiers and coordinate codes of their position are stored in a computer in which the coordinates of the moving object are determined and its position is displayed on the monitor together with the floor plan, a piezocrystal with an aluminum interdigital transducer deposited on its surface connected to a micro-polarity is used as an electronic identifier kovoy antenna, and a set of reflectors, is approached to the electronic identifier of the mobile object his reader is irradiated with an electronic identifier harmonic oscillation of the carrier frequency w 1, take it to the electronic identifier is converted into an acoustic wave, ensure its spread over the surface of the piezoelectric crystal and back reflection is converted reflected acoustic wave again into a complex signal with phase shift keying, the internal structure of which corresponds to the structure of the interdigital pre The transmitter is re-emitted, received by the reader of the moving object, amplified by amplitude, synchronously detected at the frequency w 1 , the low-frequency voltage corresponding to the code of the electronic identifier is extracted, summed with the code of the moving object, the harmonic oscillation of the carrier frequency w 2 is extracted, manipulated by phase with a sum code, amplified by power, the generated complex signal with phase manipulation is radiated into the air and received by a computer radio modem, differs from the closest analogue in that о harmonic oscillation of the carrier frequency w 1 convert frequency using harmonic oscillation frequency
Figure 00000001
allocate harmonic oscillation of the differential frequency
Figure 00000002
, multiply its frequency by n, emit a harmonic frequency oscillation
Figure 00000003
multiply its frequency by
Figure 00000004
and emit harmonic frequency variation
Figure 00000005
, and the relation
Figure 00000006
choose fractional rational, where n, m are primes between which the inequality n-m-1 holds, the complex signal with phase shift keying at the frequency w 2 received by the computer radio modem is multiplied by phase by two, the harmonic oscillation is isolated at the frequency 2w 2 , divided its phase by two, emit a harmonic oscillation of the carrier frequency w 2 and use it for synchronous detection of a complex signal with phase shift keying.

Поставленная задача решается тем, что система для определения координат положения подвижного объекта в закрытых помещениях, содержащая, в соответствии с ближайшим аналогом, электронные идентификаторы, размещенные на элементах конструкции помещения, считыватель, закрепленный на подвижном объекте, передающий радиомодем, связанный со считывателем, и приемный радиомодем, подключенный к ЭВМ, при этом положение электронных идентификаторов определяется сеткой с постоянным шагом, нанесенной на план помещения, коды электронных идентификаторов и коды координат их положения запоминаются в ЭВМ, в которой определяются координаты подвижного объекта, и отображается его положение на мониторе совместно с планом помещения, считыватель выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора, циркулятора, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, усилителя высокой частоты и фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, передающий радиомодем выполнен в виде последовательно подключенных к выходу фазового детектора линии задержки, сумматора, второй вход которого соединен с выходом генератора псевдослучайной последовательности, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом первого узкополосного фильтра, и усилителя мощности, выход которого соединен с вторым входом циркулятора, приемный радиомодем выполнен в виде удвоителя фазы, делителя фазы на два, первого и второго узкополосных фильтров, последовательно включенных приемной антенны, усилителя высокой частоты и фазового детектора, выход которого подключен к ЭВМ, электронный идентификатор выполнен в виде пьезокристалла с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем, связанным с микрополосковой антенной, и набором отражателей, встречно-штыревой преобразователь содержит две гребенчатые системы электродов, электроды каждой из гребенок соединены друг с другом шинами, связанными с микрополосковой антенной, отличается от ближайшего аналога тем, что передающий модем снабжен регенеративным делителем, состоящим из последовательно подключенных к выходу задающего генератора смесителя, второго узкополосного фильтра, умножителя частоты на n, первого узкополосного фильтра, умножителя частоты на

Figure 00000007
и третьего узкополосного фильтра, выход которого соединен с вторым входом смесителя, в приемном радиомодеме к выходу усилителя высокой частоты последовательно подключены удвоитель фазы, первый узкополосный фильтр, делитель фазы на два и второй узкополосный фильтр, выход которого соединен с вторым входом фазового детектора.The problem is solved in that the system for determining the coordinates of the position of a moving object in enclosed spaces, containing, in accordance with the closest analogue, electronic identifiers placed on structural elements of the room, a reader mounted on a moving object, transmitting a radio modem associated with the reader, and a receiving a radio modem connected to a computer, while the position of electronic identifiers is determined by a grid with a constant step plotted on the floor plan, electronic identifier codes s and coordinates codes of their position are stored in a computer in which the coordinates of the moving object are determined and its position is displayed on the monitor together with the floor plan, the reader is made in the form of sequentially connected master oscillator, a circulator, the input-output of which is connected to a transceiver antenna, high amplifier frequency and phase detector, the second input of which is connected to the output of the master oscillator, the transmitting radio modem is made in the form of series connected to the output of the phase detector line a wand, an adder, the second input of which is connected to the output of a pseudo-random sequence generator, a phase manipulator, the second input of which is connected to the output of the first narrow-band filter, and a power amplifier, the output of which is connected to the second input of the circulator, the receiving radio modem is made in the form of a phase doubler, phase divider by two, first and second narrow-band filters, a series-connected receiving antenna, a high-frequency amplifier and a phase detector, the output of which is connected to a computer, an electronic identifier p is made in the form of a piezocrystal with an aluminum thin-film interdigital transducer deposited on its surface connected to a microstrip antenna and a set of reflectors, an interdigital transducer contains two comb electrode systems, the electrodes of each of the combs are connected to each other by buses connected to the microstrip antenna , differs from the closest analogue in that the transmitting modem is equipped with a regenerative divider, consisting of sequentially connected to the output of the master oscillator cm a mixer, a second narrow-band filter, a frequency multiplier by n, a first narrow-band filter, a frequency multiplier by
Figure 00000007
and a third narrow-band filter, the output of which is connected to the second input of the mixer, a phase doubler, a first narrow-band filter, a phase divider into two and a second narrow-band filter, the output of which is connected to the second input of the phase detector, are connected to the output of the high-frequency amplifier in the receiving radio modem.

Структурная схема системы, реализующей предлагаемый способ, представлена на фиг.1. Функциональная схема радиочастотного идентификатора изображена на фиг.2. Структурная схема считывателя и передающего радиомодема представлена на фиг.3. Структурная схема приемного радиомодема представлена на фиг.4. Временные диаграммы, поясняющие работу системы, показаны на фиг.5.The structural diagram of a system that implements the proposed method is presented in figure 1. Functional diagram of the radio frequency identifier shown in figure 2. The structural diagram of the reader and the transmitting radio modem is presented in figure 3. The block diagram of the receiving radio modem is presented in figure 4. Timing diagrams explaining the operation of the system are shown in FIG.

Радиочастотный идентификатор выполнен в виде пьезокристалла 18 с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем, связанным с микрополосковой антенной 19, и набором отражателей 22. Встречно-штыревой преобразователь (ВШП) поверхностных акустических волн (ПАВ) содержит две гребенчатые системы электродов 20, шины 21.1 и 21.2, которые соединяют электроды каждой из гребенок между собой. Шины 21.1 и 21.2 в свою очередь связаны с микрополосковой антенной 19.The radio frequency identifier is made in the form of a piezocrystal 18 with an aluminum thin-film interdigital transducer deposited on its surface connected to a microstrip antenna 19 and a set of reflectors 22. The interdigital transducer (IDT) of surface acoustic waves (SAW) contains two comb systems of electrodes 20, tires 21.1 and 21.2, which connect the electrodes of each of the combs to each other. Tires 21.1 and 21.2, in turn, are connected to the microstrip antenna 19.

Считыватель 2 выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора 6, циркулятора 7, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной 8, усилителя 9 высокой частоты и фазового детектора 10, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 6.The reader 2 is made in the form of series-connected master oscillator 6, circulator 7, the input-output of which is connected to the transceiver antenna 8, high-frequency amplifier 9 and phase detector 10, the second input of which is connected to the output of master oscillator 6.

Передающий радиомодем 3 выполнен в виде последовательно подключенных к выходу фазового детектора 10 линии задержки 11, сумматора 13, второй вход которого соединен с выходом генератора 12 псевдослучайной последовательности (ПСП), фазового манипулятора 16 и усилителя 17 мощности, выход которого соединен с вторым входом циркулятора 7, последовательно подключенных к выходу задающего генератора 6 смесителя 30, второго узкополосного фильтра 31, умножителя 32 частоты на n, первого узкополосного фильтра 15, умножителя частоты 33 на

Figure 00000008
и третьего узкополосного фильтра 34, выход которого соединен с вторым входом смесителя 30.The transmitting radio modem 3 is made in the form of a delay line 11 connected in series to the output of the phase detector 10, an adder 13, the second input of which is connected to the output of the pseudorandom sequence generator 12, the phase manipulator 16 and the power amplifier 17, the output of which is connected to the second input of the circulator 7 connected in series to the output of the master oscillator 6 of the mixer 30, the second narrow-band filter 31, the frequency multiplier 32 by n, the first narrow-band filter 15, the frequency multiplier 33 by
Figure 00000008
and a third narrow-band filter 34, the output of which is connected to the second input of the mixer 30.

Приемный радиомодем 5 выполнен в виде последовательно подключенных к выходу приемной антенны 23 усилителя 24 высокой частоты, удвоителя 25 фазы, первого узкополосного фильтра 26, делителя 27 фазы на два, второго узкополосного фильтра 28 и фазового детектора 29, второй вход которого соединен с выходом усилителя 24 высокой частоты, а выход подключен к ЭВМ 4.The receiving radio modem 5 is made in the form of a high-frequency amplifier 24, a phase doubler 25, a first narrow-band filter 26, a phase divider 27, a second narrow-band filter 28 and a phase detector 29, the second input of which is connected to the output of the amplifier 24, connected in series to the output of the receiving antenna 23 high frequency, and the output is connected to a computer 4.

Способ определения координат подвижного объекта в закрытых помещениях реализуется следующим образом.The method of determining the coordinates of a moving object in enclosed spaces is implemented as follows.

Составляется (или берется готовый) план здания, склада, шахты. Замеряются расстояния по этому плану между радиочастотными идентификаторами 1.i (i=1, 2, …, n), которые должны служить отметками координат. Например, для склада (ангара), в котором не имеется внутренних перегородок, на план можно нанести сетку с постоянным шагом между ячейками. В системе координат этого плана определяют координаты этих ячеек. В радиочастотные идентификаторы записывают координаты ячеек, идентификаторы соответственно маркируются путем выбора внутренней структуры встречно-штыревого преобразователя. На полу делается соответствующая разметка и высверливаются отверстия, в которые закладываются соответствующие идентификаторы, отверстия бетонируются. Можно под потолком натянуть проволоку, на которую можно закрепить идентификаторы 1.i (i=1, 2, …, n). В шахте можно идентификаторы закрепить с соответствующим шагом на потолке штрека.A plan of a building, warehouse, or mine is being prepared (or taken). The distances according to this plan are measured between the radio frequency identifiers 1.i (i = 1, 2, ..., n), which should serve as coordinate marks. For example, for a warehouse (hangar), in which there are no internal partitions, you can put a grid on the plan with a constant step between the cells. In the coordinate system of this plan, the coordinates of these cells are determined. The cell coordinates are recorded in the radio frequency identifiers, the identifiers are respectively marked by selecting the internal structure of the interdigital transducer. Appropriate marking is made on the floor and holes are drilled into which the corresponding identifiers are laid, holes are concreted. It is possible to pull a wire under the ceiling onto which identifiers 1.i can be fixed (i = 1, 2, ..., n). In the mine, identifiers can be fixed with the corresponding step on the ceiling of the drift.

На фиг.1 представлена система, реализующая предлагаемый способ, в которой радиочастотные идентификаторы 1.i (i=1, 2, …, n) содержат коды их координат и закреплены на строительных конструкциях. В память считывателя 2 записывают код подвижного объекта (оператора склада, шахтера, важного груза, погрузчика) и закрепляют его соответственно на поясе человека, на погрузчике, на грузе.Figure 1 presents a system that implements the proposed method, in which the radio frequency identifiers 1.i (i = 1, 2, ..., n) contain codes for their coordinates and are fixed to building structures. In the memory of the reader 2 write the code of the moving object (warehouse operator, miner, important cargo, loader) and fix it, respectively, on the person’s belt, on the loader, on the load.

Задающим генератором 6 считывателя 2 формируется высокочастотное колебание (фиг.5, а):The master oscillator 6 of the reader 2 generates a high-frequency oscillation (Fig.5, a):

Figure 00000009
, 0≤t≤T1,
Figure 00000009
, 0≤t≤T 1 ,

где U1, w1, φ1, T1 - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность высокочастотного колебания, которое через циркулятор 7 поступает в антенну 8, излучается ею в эфир и облучает ближайший радиочастотный идентификатор 1.i (i=1, 2, …, n). Высокочастотное гармоническое колебание на частоте w1 улавливается микрополосковой антенной 19, настроенной на частоту w1, преобразуется встречно-штыревым преобразователем в акустическую волну, которая распространяется по поверхности пьезокристалла 18, отражается от отражателей 22 и опять преобразуется в сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн) (фиг.5, в):where U 1 , w 1 , φ 1 , T 1 is the amplitude, carrier frequency, initial phase, and duration of the high-frequency oscillation, which enters the antenna 8 through the circulator 7, is radiated by it, and irradiates the nearest radio-frequency identifier 1.i (i = 1 , 2, ..., n). High-frequency harmonic oscillation at a frequency w 1 is captured by a microstrip antenna 19 tuned to a frequency w 1 , converted by an interdigital transducer into an acoustic wave that propagates along the surface of the piezocrystal 18, is reflected from reflectors 22, and again converted into a complex signal with phase shift keying (PSK) (figure 5, c):

Figure 00000010
, 0≤t≤T1,
Figure 00000010
, 0≤t≤T 1 ,

где φк1(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M1(t) (фиг.5, б), отображающим координаты идентификатора, причем φк1(t)=const при Кτэ<t<(к+1)τэ и может изменяться скачком при t=Кτэ, т.е. на границах между элементарными посылками (К=1, 2, …, N-1);where φ к1 (t) = {0, π} is the manipulated phase component that displays the law of phase manipulation in accordance with the modulating code M 1 (t) (Fig. 5, b), which displays the coordinates of the identifier, and φ к1 (t) = const at Kτ e <t <(k + 1) τ e and can change stepwise at t = Kτ e , i.e. at the borders between elementary premises (K = 1, 2, ..., N-1);

τэ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью T1(T1=N·τэ).τ e , N - the duration and number of chips that make up the signal of duration T 1 (T 1 = N · τ e ).

При этом внутренняя структура сформированного сложного ФМн-сигнала определяется топологией встречно-штыревого преобразователя, имеет индивидуальный характер и содержит информацию о местоположении идентификатора в соответствующем сооружении.In this case, the internal structure of the formed complex QPSK signal is determined by the topology of the interdigital transducer, has an individual character and contains information about the location of the identifier in the corresponding structure.

Сформированный сложный ФМн-сигнал u2(t) излучается микрополосковой антенной 19 в эфир, улавливается приемопередающей антенной 8 и через циркулятор 7 и усилитель 9 высокой частоты поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 10. На второй (опорный) вход последнего в качестве опорного напряжения подается высокочастотное колебание u1(t) (фиг.5, а) с выхода задающего генератора 6. В результате синхронного детектирования на выходе фазового детектора 10 образуется низкочастотное напряжение (фиг.5, г):The formed complex QPSK signal u 2 (t) is radiated by the microstrip antenna 19, captured by the transceiver antenna 8, and fed through the circulator 7 and high-frequency amplifier 9 to the first (information) input of the phase detector 10. To the second (reference) input of the latter as the reference voltage is supplied with a high-frequency oscillation u 1 (t) (Fig. 5, a) from the output of the master oscillator 6. As a result of synchronous detection at the output of the phase detector 10, a low-frequency voltage is generated (Fig. 5, g):

Figure 00000011
, 0≤t≤T1,
Figure 00000011
, 0≤t≤T 1 ,

где

Figure 00000012
,Where
Figure 00000012
,

пропорциональное модулирующему коду M1(t) (фиг.5, б).proportional to the modulating code M 1 (t) (Fig. 5, b).

Это напряжение поступает на вход линии 11 задержки, где задерживается на время τз, равное длительности τ1 модулирующего кода M1(t), и поступает на первый вход сумматора 13. На второй вход последнего подается код подвижного объекта (оператора склада, погрузчика, шахтера) с выхода генератора 12 псевдослучайной последовательности (ПСП) длительностью τ2. На выходе сумматора 13 образуется суммарный модулирующий код М2(t) (фиг.5, е), состоящий из кода координат идентификатора и кода подвижного объекта, длительностью τ=τ12. Модулирующий код M2(t) поступает на первый вход фазового манипулятора 16.This voltage is supplied to the input of the delay line 11, where it is delayed by a time τ s equal to the duration τ 1 of the modulating code M 1 (t), and supplied to the first input of the adder 13. The code of the moving object (warehouse operator, loader, miner) from the output of the generator 12 of a pseudo-random sequence (PSP) of duration τ 2 . At the output of the adder 13, a total modulating code M 2 (t) is generated (Fig. 5, e), consisting of an identifier coordinate code and a moving object code, of duration τ = τ 1 + τ 2 . The modulating code M 2 (t) is supplied to the first input of the phase manipulator 16.

Высокочастотное колебание u1(t) (фиг.5, а) с выхода задающего генератора 6 одновременно поступает на первый вход смесителя 30, на второй вход которого подается гармоническое колебаниеHigh-frequency oscillation u 1 (t) (Fig. 5, a) from the output of the master oscillator 6 simultaneously enters the first input of the mixer 30, to the second input of which harmonic oscillation is applied

Figure 00000013
,
Figure 00000013
,

где

Figure 00000014
,Where
Figure 00000014
,

На выходе смесителя 30 образуется напряжение разностной частотыAt the output of the mixer 30, a differential frequency voltage is generated

Figure 00000015
,
Figure 00000015
,

где

Figure 00000016
,Where
Figure 00000016
,

которое выделяется узкополосным фильтром 31 и поступает на вход умножителя 32 частоты на n. На выходе последнего образуется гармоническое колебание (фиг.5, д)which is allocated by the narrow-band filter 31 and is fed to the input of the frequency multiplier 32 by n. At the output of the latter, harmonic oscillation is formed (Fig. 5, e)

Figure 00000017
Figure 00000017

где

Figure 00000018
,Where
Figure 00000018
,

которое выделяется узкополосным фильтром 15 и поступает на вход умножителя 33 частоты на

Figure 00000019
, на выходе которого образуется гармоническое колебаниеwhich is allocated by the narrow-band filter 15 and is fed to the input of the frequency multiplier 33 by
Figure 00000019
at the output of which a harmonic oscillation is formed

Figure 00000020
,
Figure 00000020
,

где

Figure 00000021
Where
Figure 00000021

которое выделяется узкополосным фильтром 34 и подается на второй вход смесителя 30.which is allocated by a narrow-band filter 34 and fed to the second input of the mixer 30.

Следовательно, на выходе регенеративного делителя 14, состоящего из двух умножителей частоты 31 и 33 в n и

Figure 00000022
раз, трех узкополосных фильтров 31, 15, 34 и смесителя 30, образуется гармоническое колебание u5(t), отношение частоты w2 которого к частоте w1 выбирается дробно-рациональным
Figure 00000023
. Это отношение позволяет исключить связь на гармониках между радиочастотными идентификаторами и радиомодемами.Therefore, at the output of the regenerative divider 14, consisting of two frequency multipliers 31 and 33 in n and
Figure 00000022
times, of three narrow-band filters 31, 15, 34 and mixer 30, a harmonic oscillation u 5 (t) is formed, the ratio of the frequency w 2 of which to the frequency w 1 is chosen fractionally rational
Figure 00000023
. This relationship eliminates harmonics between radio frequency identifiers and radio modems.

Напряжение u5(t) (фиг.5, д) одновременно подается на второй вход фазового манипулятора 16, на выходе которого формируется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн) (фиг.5, ж)The voltage u 5 (t) (Fig. 5, d) is simultaneously supplied to the second input of the phase manipulator 16, the output of which forms a complex signal with phase manipulation (PSK) (Fig. 5, g)

Figure 00000024
, 0≤t≤T1,
Figure 00000024
, 0≤t≤T 1 ,

который после усиления в усилителе 17 мощности через циркулятор 7 поступает в приемопередающую антенну 8, излучается ею в эфир, улавливается приемной антенной 23 и через усилитель 24 высокой частоты поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 29 и на вход удвоителя 25 фазы. На выходе последнего образуется гармоническое колебание (фиг.5, з)which after amplification in the power amplifier 17 through the circulator 7 enters the transceiver antenna 8, is radiated by it, is captured by the receiving antenna 23 and through the high-frequency amplifier 24 is fed to the first (information) input of the phase detector 29 and to the input of the phase doubler 25. At the output of the latter, harmonic oscillation is formed (Fig. 5, h)

Figure 00000025
, 0≤t≤Т1,
Figure 00000025
, 0≤t≤T 1 ,

где

Figure 00000026
,Where
Figure 00000026
,

Так как 2φк(t)={0; π}, то в указанном колебании манипуляция фазы уже отсутствует.Since 2φ k (t) = {0; π}, then in the indicated oscillation phase manipulation is already absent.

Гармоническое колебание u7(t) выделяется узкополосным фильтром 26 и поступает на вход делителя 27 фазы на два, на выходе которого образуется гармоническое колебание (фиг.5, и)The harmonic oscillation u 7 (t) is allocated by a narrow-band filter 26 and is fed to the input of a phase divider 27 into two, the output of which is a harmonic oscillation (Fig. 5, and)

Figure 00000027
, 0≤t≤Т1,
Figure 00000027
, 0≤t≤T 1 ,

которое выделяется узкополосным фильтром 28, используется в качестве опорного напряжения и подается на второй (опорный) вход фазового детектора 29. В результате синхронного детектирования на выходе фазового детектора 29 образуется низкочастотное напряжение (фиг.5, к):which is allocated by the narrow-band filter 28, is used as a reference voltage and is supplied to the second (reference) input of the phase detector 29. As a result of synchronous detection, a low-frequency voltage is generated at the output of the phase detector 29 (Fig. 5, k):

Figure 00000028
, 0≤t≤Т1,
Figure 00000028
, 0≤t≤T 1 ,

где

Figure 00000029
,Where
Figure 00000029
,

пропорциональное суммарному модулирующему коду M2(t) (фиг.5, е), которое поступает в ЭВМ 4.proportional to the total modulating code M 2 (t) (Fig. 5, e), which enters the computer 4.

Информация, содержащаяся в модулирующем коде M2(t), обрабатывается, запоминается и отображается на мониторе ЭВМ 4 совместно с планом здания (сооружения). Таким образом отслеживается положение подвижного объекта в закрытом помещении непрерывно во времени.The information contained in the modulating code M 2 (t) is processed, stored and displayed on the computer monitor 4 together with the plan of the building (structure). Thus, the position of the moving object in an enclosed space is continuously monitored over time.

Такая информация может иметь особую важность для контроля и учета работы персонала складов и арсеналов с секретным и особо опасным оборудованием, так как положение такого оборудования в помещении будет контролироваться постоянно.Such information can be of particular importance for monitoring and recording the work of warehouse and arsenal personnel with secret and especially dangerous equipment, since the position of such equipment in the room will be constantly monitored.

Таким образом, предлагаемые способ и система по сравнению с базовыми объектами и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивают повышение достоверности и надежности определения координат подвижных объектов в закрытых помещениях. Это достигается полной развязкой по частоте между радиочастотными идентификаторами и радиомодемами и упрощением процедуры выделения опорного напряжения непосредственно из принимаемого сигнала с фазовой манипуляцией.Thus, the proposed method and system in comparison with basic objects and other technical solutions of a similar purpose provide an increase in the reliability and reliability of determining the coordinates of moving objects in enclosed spaces. This is achieved by completely decoupling the frequency between RF identifiers and radio modems and simplifying the procedure for extracting the reference voltage directly from the received signal with phase shift keying.

Claims (2)

1. Способ определения координат положения подвижного объекта в закрытых помещениях с использованием электронных идентификаторов и считывателей, согласно которому считыватель закрепляют на подвижном объекте, а электронные идентификаторы закрепляют на элементах конструкции помещения, при приближении к электронному идентификатору подвижного объекта его считывателем считывают код электронного идентификатора и вместе с кодом подвижного объекта передают через радиомодем на радиомодем электронно-вычислительной машины (ЭВМ), при этом положение электронных идентификаторов определяется сеткой с постоянным шагом, нанесенной на план помещения, коды электронных идентификаторов и коды координат их положения запоминают в ЭВМ, в которой определяют координаты подвижного объекта и отображают его положение на мониторе совместно с планом помещения, в качестве электронного идентификатора используют пьезокристалл с нанесенным на его поверхность алюминиевым встречно-штыревым преобразователем, связанным с микрополосковой антенной, и набором отражателей, при приближении к электронному идентификатору подвижного объекта его считывателем облучают электронный идентификатор гармоническим колебанием несущей частоты w1, принимают его на электронном идентификаторе, преобразуют в акустическую волну, обеспечивают ее распространение по поверхности пьезокристалла и обратное отражение, преобразуют отраженную акустическую волну опять в сложный сигнал с фазовой манипуляцией, внутренняя структура которого соответствует структуре встречно-штыревого преобразователя, переизлучают его в эфир, принимают считывателем подвижного объекта, усиливают по амплитуде, осуществляют синхронное детектирование на частоте w1, выделяют низкочастотное напряжение, соответствующее коду электронного идентификатора, задерживают его на время, равное длительности кода электронного идентификатора, суммируют с кодом подвижного объекта, выделяют гармоническое колебание несущей частоты w2, манипулируют его по фазе суммарным кодом, усиливают по мощности, сформированный сложный сигнал с фазовой манипуляцией излучают в эфир и принимают радиомодемом ЭВМ, отличающийся тем, что гармоническое колебание несущей частоты w1 преобразуют по частоте с использованием гармонического колебания частоты
Figure 00000030
, выделяют гармоническое колебание разностной частоты
Figure 00000031
, умножают его частоту на n, выделяют гармоническое колебание частоты
Figure 00000003
, умножают его частоту на
Figure 00000004
и выделяют гармоническое колебание частоты
Figure 00000005
, причем отношение
Figure 00000006
выбирают дробно-рациональным, где n, m - простые числа, между которыми выполняется неравенство n≠m-1, принимаемый радиомодемом ЭВМ сложный сигнал с фазовой манипуляцией на частоте w2 умножают по фазе на два, выделяют гармоническое колебание на частоте 2w2, делят его по фазе на два, выделяют гармоническое колебание несущей частоты w2 и используют его для синхронного детектирования сложного сигнала с фазовой манипуляцией.
1. A method for determining the coordinates of the position of a moving object in enclosed spaces using electronic identifiers and readers, according to which the reader is fixed on the moving object, and electronic identifiers are fixed on the structural elements of the room, when approaching the electronic identifier of the moving object, the electronic identifier code is read by its reader and together with the code of the moving object is transmitted through the radio modem to the radio modem of the electronic computer (computer), while The life of electronic identifiers is determined by a grid with a constant step plotted on the floor plan, the codes of electronic identifiers and the coordinates codes of their position are stored in a computer, in which the coordinates of the moving object are determined and its position is displayed on the monitor together with the floor plan, a piezocrystal with applied on its surface by an aluminum interdigital transducer associated with a microstrip antenna and a set of reflectors, when approaching an electric The identifier of the moving object is irradiated by its reader with the electronic identifier by harmonic oscillation of the carrier frequency w 1 , it is received on the electronic identifier, converted into an acoustic wave, its propagation along the surface of the piezocrystal and back reflection, the reflected acoustic wave is converted again into a complex signal with phase shift keying, internal the structure of which corresponds to the structure of the interdigital transducer, re-emit it on the air, take of a different object, amplified in amplitude, synchronously detect at a frequency w 1 , select a low-frequency voltage corresponding to the code of the electronic identifier, hold it for a time equal to the duration of the code of the electronic identifier, add it to the code of the moving object, select the harmonic oscillation of the carrier frequency w 2 , manipulate its phase by the total code is amplified by power, the generated complex signal with phase manipulation is radiated into the air and received by a computer radio modem, characterized in that harmonic oscillation of the carrier frequency w 1 convert frequency using harmonic oscillation frequency
Figure 00000030
allocate harmonic oscillation of the differential frequency
Figure 00000031
, multiply its frequency by n, emit a harmonic frequency oscillation
Figure 00000003
multiply its frequency by
Figure 00000004
and emit harmonic frequency variation
Figure 00000005
, and the relation
Figure 00000006
choose fractional rational, where n, m are primes between which the inequality n-m-1 holds, the complex signal with phase shift keying at the frequency w 2 received by the computer radio modem is multiplied by phase by two, the harmonic oscillation is isolated at the frequency 2w 2 , divided its phase by two, emit a harmonic oscillation of the carrier frequency w 2 and use it for synchronous detection of a complex signal with phase shift keying.
2. Система для определения координат положения подвижного объекта в закрытых помещениях, содержащая электронные идентификаторы, размещенные на элементах конструкции помещения, считыватель, закрепленный на подвижном объекте, передающий радиомодем, связанный со считывателем, и приемный радиомодем, подключенный к электронно-вычислительной машине (ЭВМ), при этом положение электронных идентификаторов определяется сеткой с постоянным шагом, нанесенной на план помещения, коды электронных идентификаторов и коды координат их положения запоминаются в ЭВМ, в которой определяются координаты подвижного объекта, и отображается его положение на мониторе совместно с планом помещения, считыватель выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора, циркулятора, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, усилителя высокой частоты и фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, передающий радиомодем выполнен в виде последовательно подключенных к выходу фазового детектора линии задержки, сумматора, второй вход которого соединен с выходом генератора псевдослучайной последовательности, фазового манипулятора и усилителя мощности, выход которого соединен с вторым входом циркулятора, приемный радиомодем выполнен в виде удвоителя фазы, делителя фазы на два, первого и второго узкополосных фильтров, последовательно включенных приемной антенны, усилителя высокой частоты и фазового детектора, выход которого подключен к ЭВМ, электронный идентификатор выполнен в виде пьезокристалла с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем, связанным с микрополосковой антенной, и набором отражателей, встречно-штыревой преобразователь содержит две гребенчатые системы электродов, электроды каждой из гребенок соединены друг с другом шинами, связанными с микрополосковой антенной, отличающаяся тем, что передающий модем снабжен регенеративным делителем, состоящим из последовательно подключенных к выходу задающего генератора смесителя, второго узкополосного фильтра, умножителя частоты на n, первого узкополосного фильтра, умножителя частоты на
Figure 00000004
и третьего узкополосного фильтра, выход которого соединен с вторым входом смесителя, в приемном радиомодеме к выходу усилителя высокой частоты последовательно подключены удвоитель фазы, первый узкополосный фильтр, делитель фазы на два и второй узкополосный фильтр, выход которого соединен с вторым входом фазового детектора.
2. A system for determining the coordinates of the position of a moving object in enclosed spaces, containing electronic identifiers located on the structural elements of the room, a reader mounted on a moving object, a transmitting radio modem associated with the reader, and a receiving radio modem connected to an electronic computer (computer) , while the position of electronic identifiers is determined by a grid with a constant step plotted on the floor plan, codes of electronic identifiers and coordinate codes of their position are located in a computer in which the coordinates of the moving object are determined, and its position is displayed on the monitor together with the floor plan, the reader is made in the form of serially connected master oscillator, a circulator, the input-output of which is connected to a transceiver antenna, high-frequency amplifier and phase detector, the second the input of which is connected to the output of the master oscillator, the transmitting radio modem is made in the form of a delay line, an adder, the second input of which is connected in series to the output of the phase detector connected to the output of the pseudo-random sequence generator, phase manipulator and power amplifier, the output of which is connected to the second input of the circulator, the receiving radio modem is made in the form of a phase doubler, a phase divider into two, first and second narrow-band filters, series-connected receiving antenna, high-frequency amplifier and phase a detector, the output of which is connected to a computer, the electronic identifier is made in the form of a piezocrystal with aluminum thin-film interdigital applied to its surface a transducer associated with a microstrip antenna and a set of reflectors, an interdigital transducer contains two comb systems of electrodes, the electrodes of each of the combs are connected to each other by buses connected to a microstrip antenna, characterized in that the transmitting modem is equipped with a regenerative divider consisting of series-connected to the output of the master oscillator of the mixer, the second narrow-band filter, the frequency multiplier by n, the first narrow-band filter, the frequency multiplier by
Figure 00000004
and a third narrow-band filter, the output of which is connected to the second input of the mixer, a phase doubler, a first narrow-band filter, a phase divider into two and a second narrow-band filter, the output of which is connected to the second input of the phase detector, are connected to the output of the high-frequency amplifier in the receiving radio modem.
RU2011138431/08A 2011-09-19 2011-09-19 Method of determining coordinates of mobile object in closed rooms and system for realising said method RU2465743C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011138431/08A RU2465743C1 (en) 2011-09-19 2011-09-19 Method of determining coordinates of mobile object in closed rooms and system for realising said method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011138431/08A RU2465743C1 (en) 2011-09-19 2011-09-19 Method of determining coordinates of mobile object in closed rooms and system for realising said method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2465743C1 true RU2465743C1 (en) 2012-10-27

Family

ID=47147654

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011138431/08A RU2465743C1 (en) 2011-09-19 2011-09-19 Method of determining coordinates of mobile object in closed rooms and system for realising said method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2465743C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4916455A (en) * 1987-02-20 1990-04-10 Scientific Development Inc. Locating system and method
RU2284542C2 (en) * 2004-08-30 2006-09-27 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Рубин" (ОАО "НПП "Рубин") Method of locating movable object in closed rooms
RU2351945C1 (en) * 2007-10-16 2009-04-10 Виктор Иванович Дикарев Method of determination mobile object coordinates in closed premises and system for its realisation
US7786978B2 (en) * 1999-05-25 2010-08-31 Silverbrook Research Pty Ltd Sensing device having force and orientation sensors

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4916455A (en) * 1987-02-20 1990-04-10 Scientific Development Inc. Locating system and method
US7786978B2 (en) * 1999-05-25 2010-08-31 Silverbrook Research Pty Ltd Sensing device having force and orientation sensors
RU2284542C2 (en) * 2004-08-30 2006-09-27 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Рубин" (ОАО "НПП "Рубин") Method of locating movable object in closed rooms
RU2351945C1 (en) * 2007-10-16 2009-04-10 Виктор Иванович Дикарев Method of determination mobile object coordinates in closed premises and system for its realisation

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2351945C1 (en) Method of determination mobile object coordinates in closed premises and system for its realisation
CN101324666A (en) Method for detecting concealed target life trace and concealed target detection device
RU2425396C1 (en) Method of monitoring state of underground metropolitan structures and system for realising said method
RU2434253C1 (en) Method to detect location of filled bioobjects or their remains and device for its realisation
CN103760426B (en) A kind of complex electromagnetic environment measure based on vector
RU2559869C1 (en) Method and system for radio-frequency identification and location of railway transport
CN102707143A (en) Method for extracting harmonic components from electromagnetic spectrum by using gray multi-cycle model
Costanzo et al. Low-cost radars integrated into a landslide early warning system
RU2465743C1 (en) Method of determining coordinates of mobile object in closed rooms and system for realising said method
RU2499714C2 (en) Method and system for radio frequency identification and location of railway transport
RU2656972C1 (en) Computer system of management of the port container terminal
TW201621272A (en) Multi-band reconfigurable subsurface radar profiler system
RU2434108C1 (en) Method of subject identification on serviced facility
RU2658123C1 (en) System of remote control of the state of the atmosphere and ice cover in the north areas
RU2402787C1 (en) Method of finding vessels in distress
RU2426148C1 (en) Telemetry system for identification of objects
RU2717079C1 (en) Method of monitoring condition of underground structures and system for its implementation
RU2012147567A (en) METHOD FOR EARLY DETECTION OF FIRE AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
RU2369418C1 (en) Method for detection of dumped bioobjects or their remains location and device for their realisation
RU70310U1 (en) DEVICE FOR REMOTE DETERMINATION OF THE LOCATION OF BURNED UNDER EXTENSIVE CAVES OF PEOPLE
RU2696064C1 (en) System for automated control of construction complex
RU2017109990A (en) METHOD FOR MONITORING THE CONDITION OF THE DESIGN OF THE BUILDING OR ENGINEERING AND CONSTRUCTION STRUCTURE AND THE DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
RU2013122748A (en) METHOD OF CONTROL OF AUTHENTICITY AND MOVEMENT OF ALCOHOLIC PRODUCTS AND SYSTEM FOR ITS IMPLEMENTATION
RU2482896C1 (en) Method of detection of location of buried biological objects or their remains and device for its implementation
RU2724079C1 (en) Method of technical maintenance of vehicle location management during recovery of infrastructure objects and system for its implementation

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150920