DE4326263A1 - Vorrichtung zum Erfassen und Auslesen von relativ zu dieser Vorrichtung beweglichen Transpondern - Google Patents

Vorrichtung zum Erfassen und Auslesen von relativ zu dieser Vorrichtung beweglichen Transpondern

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DE4326263A1 DE19934326263 DE4326263A DE4326263A1 DE 4326263 A1 DE4326263 A1 DE 4326263A1 DE 19934326263 DE19934326263 DE 19934326263 DE 4326263 A DE4326263 A DE 4326263A DE 4326263 A1 DE4326263 A1 DE 4326263A1
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Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Eine derartige Vorrichtung ist z. B. aus der US-Patentschrift Nr. 4,739,328 bekannt. Sie dient zum Auslesen von kartenförmigen Transpondern, sogenannten TAGS, die z. B. an Tieren, an Fahrzeugen oder an Containern befestigt sind und diesen Objekten zugeordnete Daten codiert enthalten.
Die bekannte Lesevorrichtung strahlt ein Hochfrequenzsignal von z. B. 915 MHz als Dauerstrichsignal in Richtung des auszulesenden Transponders ab. Der Transponder, der auf die ausgestrahlte Hochfrequenz abgestimmt ist, reflektiert einen Teil der aufgenommenen Hochfrequenzleistung zur Lesevorrichtung zurück, wobei er mit Hilfe eines Modulators, der von einem Datenspeicher angesteuert wird, das rückgestrahlte Signal entsprechend den im Datenspeicher abgelegten Daten moduliert.
In der Lesevorrichtung wird das zurückgestrahlte Hochfrequenzsignal kohärent demoduliert und der vom Transponder aufmodulierte Code von einer Auswerteeinheit ausgewertet.
Die bekannte Lesevorrichtung empfängt alle Signale, deren Frequenz im Bereich der ausgestrahlten Hochfrequenz liegt. Derartige Signale liefern nicht nur alle von der ausgestrahlten Hochfrequenz erreichten Gegenstände aus Metall oder anderem leitfähigen Material, sondern auch andere Transponder, die sich z. B. weiter entfernt von der Lesevorrichtung befinden und eigentlich nicht abgefragt werden sollen. Die Lesevorrichtung nimmt somit viele unnötige Signale auf, die unerwünscht sind, weil sie den Empfang und die Auswertung von Nutzsignalen stören können.
Aufgabe der Erfindung ist deshalb eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art, die ein weitgehend ungestörtes Auslesen einzelner Transponder erlaubt.
Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Durch die Einfügung eines Laufzeitfilters, wie es z. B. aus der Radartechnik zur Entfernungsmessung bekannt ist, wird hier ein Entfernungstor geschaffen, das solche Signale beim Empfang ausblendet, die von Objekten oder Transpondern stammen, die von der Lesevorrichtung weiter oder weniger weit entfernt sind als der auszulesende Transponder.
Ausgestaltungen der Vorrichtung nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
So betrifft Patentanspruch 2 die Realisierung eines Laufzeitfilters mittels zweier Phasenmodulatoren, die das ausgestrahlte Hochfrequenzsignal (Abfragesignal) und das rückgestrahlte Signal (Empfangssignal) zeitlich gegeneinander versetzt mit einem charakteristischen Code modulieren.
Die Patentansprüche 3 und 4 geben einen geeigneten charakteristischen Code bzw. einen bevorzugten Bereich für dessen Taktfrequenz an.
Patentanspruch 5 betrifft den Aufbau einer Lesevorrichtung mit getrenntem Sende- und Empfangspfad und gemeinsamer Sende/Empfangsantenne.
Gegenstand des Patentanspruchs 6 ist die Erzeugung und Ausgabe eines Erfassungssignals, das die Anwesenheit eines das Abfragesignal reflektierenden Objektes oder Transponders in dem Entfernungsbereich anzeigt, in dem das Auslesen eines Transponders möglich ist.
Patentanspruch 7 sieht die Verwendung eines zur Erzeugung des Erfassungssignals vorgesehenen Mischers für die Bereitstellung des Eingangssignals für die Auswerteeinheit vor.
Die unabhängigen Patentansprüche 8 und 9 betreffen verschiedenartige Verwendungen der Vorrichtung nach der Erfindung.
Anhand zweier Figuren soll nun ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach der Erfindung beschrieben und ihre Funktion erklärt werden.
Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild einer Lesevorrichtung nach dem Stand der Technik,
Fig. 2 zeigt die Lesevorrichtung nach der Erfindung.
In Fig. 1 sind ein HF-Modul H, eine Auswerteeinheit AW, eine Antenne A sowie ein Transponder T dargestellt. Letzterer enthält einen Datenspeicher D, einen Modulator M und eine Sende-Empfangsantenne TA.
Im HF-Modul erzeugt ein Hochfrequenzgenerator G eine Hochfrequenz im Bereich von 2,5 GHz, die über einen Zirkulator Z der Antenne A zugeführt und von dieser als Abfragesignal in Richtung auf den Transponder zu abgestrahlt wird.
Der Transponder ist auf die Frequenz des Abfragesignals abgestimmt und reflektiert einen Teil der über seine Antenne TA aufgenommenen HF-Leistung zur Antenne A der Lesevorrichtung zurück. Das Reflexionsvermögen des Transponders läßt sich durch den Modulator M entsprechend einem im Datenspeicher D abgelegten Code verändern, so daß das reflektierte Signal mit dem Transpondercode, der z. B. Daten über ein den Transponder tragendes Objekt enthalten kann, moduliert ist.
Das reflektierte Signal wird im HF-Modul mittels des Zirkulators z vom Abfragesignal getrennt und als Empfangssignal einem Demodulator DM zugeführt, der es, mit der Abfragesignalfrequenz als Referenzsignal, kohärent demoduliert und der Auswerteeinheit zuführt. Die Auswerteeinheit AW decodiert die vom Transponder übertragene Modulation und veranlaßt die Verarbeitung oder Weiterleitung der enthaltenen, aus dem Transponder ausgelesenen Information.
In Fig. 2 ist zwischen HF-Modul und Antenne der Lesevorrichtung ein Laufzeit-Modul SM angeordnet, das zwei Phasenmodulatoren PM1, PM2 enthält, die von einem Code-Generator CG mit jeweils dem gleichen Signal S1 angesteuert werden. Dem zweiten Phasenmodulator PM2 wird das Signal S1 jedoch über ein Verzögerungsglied VG zugeführt. Von den Phasenmodulatoren moduliert einer, der Phasenmodulator PM1, das Abfragesignal, der andere das von der Antenne her zurückkommende Empfangssignal. Abfragesignal und Empfangssignal müssen deshalb voneinander getrennt geführt werden. Dies bewirken zwei Zirkulatoren Z1 und Z2, von denen einer an dem zum HF-Modul führenden Signaleingang, der andere an dem zur Antenne führenden Signalausgang des Laufzeit-Moduls angeordnet ist. Teil des Laufzeit-Moduls ist weiterhin ein HF-Mischer HM, der ein am Ausgang des zweiten Phasenmodulators anstehendes Hochfrequenzsignal mit der vom Hochfrequenzgenerator G erzeugten Frequenz des Abfragesignals, die dem Eingang des Laufzeit-Moduls über einen Richtkoppler RK entnommen wird, multiplikativ mischt und ein Erfassungssignal erzeugt, das über ein Tiefpaßfilter TP an die Auswerteeinheit oder eine andere, nicht dargestellte Anzeigeeinrichtung ausgegeben wird.
Das vom Laufzeit-Modul gebildete Laufzeitfilter fungiert als Entfernungstor für über die Antenne A aufgenommene Empfangssignale. Das im HF-Modul bereitgestellte Abfragesignal, ein Dauerstrichsignal der Frequenz 2.5 GHz, gelangt über den Zirkulator Z1 in den ersten Phasenmodulator PM1 und wird dort mit dem Signal S1, einem vom Code-Generator CG bereitgestellten digitalen Pseudo-Zufallscode, der z. B. Phasenverschiebungen von 0° und 180° erzeugt, moduliert. Dieser Code besitzt eine Taktfrequenz von z. B. 40 MHz und hat gute Auto- und Kreuzkorrelationseigenschaften. Er kann beispielsweise eine Länge von 1023 Bit haben und im Code-Generator aus einem der Codelänge entsprechenden Datenspeicher zyklisch ausgelesen werden. Das auf diese Weise breitbandig modulierte Abfragesignal gelangt über den Zirkulator Z2 auf die Antenne A, die es abstrahlt. Trifft das abgestrahlte Abfragesignal auf ein reflektierendes Objekt, so wird ein Teil der abgestrahlten Leistung auf die Antenne A zurückreflektiert und dort als Empfangssignal über den zweiten Zirkulator Z2 dem zweiten Phasenmodulator PM2 zugeführt. Dort erfolgt eine nochmalige Modulation mit dem Pseudo-Zufallscode. Dieser ist jedoch zeitlich verschoben und korreliert im allgemeinen nicht mit der im ersten Phasenmodulator dem Abfragesignal aufgeprägten Modulation. Am Ausgang des Phasenmodulators PM2 erscheint ein breitbandig moduliertes HF-Signal, das am Ausgang des Mischers HM ein die Taktfrequenz des Code-Generators enthaltendes HF-Signal erzeugt, das den nachgeschalteten Tiefpaß nicht überwinden kann. Das reflektierte Signal wird somit vom Laufzeit-Modul und damit von der Lesevorrichtung nicht erfaßt.
Entspricht die Laufzeit eines HF-Signales zum reflektierenden Objekt und zurück jedoch der am Verzögerungsglied VG eingestellten Zeitverzögerung, so erfolgt die durch den zweiten Phasenmodulator PM2 vorgenommene zweite Modulation mit dem Pseudo-Zufallscode bis auf geringfügige Abweichungen, die sich z. B. durch Dopplerverschiebung bei bewegten Objekten ergeben können, kohärent zur ersten, im Phasenmodulator PM1 vorgenommenen Modulation. Phasenverschiebungen von 180° im Empfangssignal werden somit durch nochmalige 180°-Verschiebung rückgängig gemacht und das Empfangssignal damit von seiner Phasenmodulation befreit. Der HF-Mischer liefert nun an seinem Ausgang ein statisches oder, bei Auftreten von Dopplerverschiebung, ein sehr niederfrequentes Signal, das über den Tiefpaß zur Auswertung gelangt. Das Objekt wird somit erfaßt. Ist das Objekt ein auf das Abfragesignal abgestimmter Transponder, so erscheint die im Transponder aufgeprägte Modulation, z. B. eine Tastung des reflektierten Signals im Frequenzbereich von 20 bis 40 KHz auch am Ausgang des zweiten Phasenmodulators und am Ausgang des HF-Mischers. Von dort gelangt sie als relativ niederfrequentes Signal über den Tiefpaß zu einer die Erfassung signalisierenden Einrichtung und/oder über einen weiteren, in der Figur nicht dargestellten Tiefpaß zur Auswerteeinheit.
Die in der Figur dargestellte Vorrichtung enthält bereits einen Mischer, den Demodulator DM im HF-Modul, dessen Ausgangssignal der Auswerteeinrichtung zugeführt wird. Dieser Mischer arbeitet, sofern er ausgangsseitig mit einem Tiefpaß versehen wird, wie der Mischer des Laufzeit-Moduls und kann eingespart werden, wenn anstelle von dessen Ausgangssignal das Ausgangssignal des im Laufzeit-Modul enthaltenen ersten Mischers der Auswerteeinheit zugeführt wird. Auch der Zirkulator Z im Hochfrequenz-Modul kann dann entfallen.
Die beschriebene Vorrichtung kann z. B. zur Erfassung und Abbuchung von Mautgebühren an mehrspurigen Straßen eingesetzt werden. Hier ermöglicht sie, selektiv nur solche Transponder auszulesen, die an Fahrzeugen angebracht sind, die sich in einem ganz bestimmten Entfernungsbereich, z. B. 30±2 m, befinden. Es wird damit möglich, Transponder von Fahrzeugen abzulesen, die sich auf einer ganz bestimmten Fahrspur befinden, ohne daß dieser Leseprozeß von Transpondern anderer Fahrzeuge oder von Reflexionen aus anderen Entfernungsbereichen gestört wird.
Da auch Fahrzeuge ohne Transponder erfaßt werden, läßt sich auch feststellen, wenn Fahrzeuge unberechtigt eine Erfassungsstelle passieren. Es kann dann z. B. eine Kamera angesteuert werden, um derartige Fahrzeuge photographisch festzuhalten.
Ganz andere Verwendungsmöglichkeiten ergeben sich auf technischen Gebieten, in denen fest installierte Transponder zur Übertragung von Steuerungsinformation auf bewegliche Objekte dienen, z. B. zur Übertragung von Streckeninformation auf spurgeführte Verkehrsmittel. Durch ein Entfernungstor, das eine Auswertung nur im Nahbereich von z. B. (0-3 m) zu läßt, läßt sich hier die Gefahr, daß beispielsweise von einem Zug ein in einem Nachbargleis verlegter Transponder abgefragt und somit falsche Information aufgenommen wird, beseitigen.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Erfassen und Auslesen von relativ zu dieser Vorrichtung beweglichen Transpondern (T), die codierte Information tragen, mit einer Sende- und Empfangseinheit (H), die ein hochfrequentes Abfragesignal abstrahlt und ein von einem auf die Frequenz des Abfragesignals abgestimmten Transponder entsprechend dessen codierter Information modulierten, reflektierten Anteil dieses Abfragesignals als Empfangssignal aufnimmt, diesen demoduliert und das demodulierte Signal einer Auswerteeinheit (AW) zur Decodierung zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß dem das Empfangssignal aufnehmenden Eingang (Antenne A) der Sende- und Empfangseinheit ein Laufzeitfilter (SM) nachgeschaltet ist, das ein empfangenes Signal nur dann zur Auswerteeinheit (AW) weiterleitet, wenn dieses innerhalb eines vorgegebenen Zeitfensters nach Aussenden des Abfragesignals eingetroffen ist.
2. Vorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Laufzeitfilter zwei Phasenmodulatoren (PM1, PM2) aufweist, denen als Modulationssignal (S1) ein von einem Code-Generator (CG) erzeugter charakteristischer Code zugeführt wird, daß der erste Phasenmodulator (PM1) das Abfragesignal und der zweite Phasenmodulator (PM2) das Empfangssignal entsprechend dem charakteristischen Code zwischen 0° und 180° in der Phase umtastet und daß das Modulationssignal (S1) dem zweiten Phasenmodulator (PM2) über ein Verzögerungsglied (VG) zugeführt wird, dessen Zeitverzögerung der Summe der Laufzeiten des Abfragesignals und des Empfangssignals auf der Strecke zwischen auslesender Vorrichtung und Transponder (T) entspricht.
3. Vorrichtung nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der charakteristische Code ein digitaler Pseudo-Zufallscode ist.
4. Vorrichtung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktfrequenz des charakteristischen Codes kleiner als ein Drittel der Frequenz des Abfragesignals ist und daß der Kehrwert der Taktfrequenz der einzustellenden Durchlaßbreite des Laufzeitfilters entspricht.
5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aussenden des Abfragesignals und zum Aufnehmen des Empfangssignals dieselbe Antenne (A) vorgesehen ist, daß zwischen einem der Frequenzerzeugung für das Abfragesignal dienenden Hochfrequenzgenerator (G) und der Antenne (A) Zirkulatoren (Z1, Z2) vorgesehen sind, die das Abfragesignal und das in Gegenrichtung laufende Empfangssignal voneinander trennen, so daß das Abfragesignal über einen Sendepfad und das Empfangssignal über einen Empfangspfad geführt werden, und daß der erste Phasenmodulator (PM1) im Sendepfad und der zweite Phasenmodulator (PM2) im Empfangspfad angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten Phasenmodulator (PM2) in Empfangsrichtung ein Mischer (HM) nachgeschaltet ist, der ein den zweiten Phasenmodulator (PM2) passierendes Empfangssignal mit dem vom Hochfrequenzgenerator (G) erzeugten Hochfrequenzsignal multiplikativ mischt, und daß der Ausgang des Mischers zur Ausgabe eines Erfassungssignals für einen Transponder oder ein das Abfragesignal reflektierendes Objekt über einen Tiefpaß (TP) mit einer Anzeigeeinrichtung verbunden ist.
7. Vorrichtung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Mischer (DM) zur kohärenten Demodulation von vom zweiten Phasenmodulator (PM2) durchgelassenen Empfangssignalen vorgesehen ist, dessen Eingängen das Ausgangssignal des zweiten Phasenmodulators und das vom Hochfrequenzgenerator (G) erzeugte Hochfrequenzsignal zugeführt sind, und daß der Ausgang des weiteren Mischers mit der Auswerteeinheit (AW) verbunden ist.
8. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorstehenden Patentansprüche zum selektiven Auslesen einzelner, in vorgegebener Entfernung befindlicher Transponder, insbesondere von Transpondern, die an auf unterschiedlichen Fahrspuren einer Straße befindlichen Fahrzeugen befestigt sind.
9. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Patentansprüche 1 bis 7 in einem Verkehrssystem mit spurgebundenen Fahrzeugen und mit entlang von Fahrspuren angeordneten, Steuersignale auf Fahrzeuge, die die Fahrspuren benutzen, übertragenden Transpondern, zum Ausblenden von Störungen und Signalen, die von Transpondern außerhalb einer jeweils benutzten Fahrspur abgegeben werden.
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