CC BY
27
Оценка работоспособности
систем радиочастотной идентификации в условии природных и техногенных катастроф
С. О. Николаева
Ликвидация последствий природных и техногенных катастроф, основной задачей которой является поиск людей, попавших под завалы, лавины, представляет собой актуальную и важную проблему.
Одним из перспективных вариантов решения данной задачи является использование технологии радиочастотной идентификации (РЧИД), которая позволяет обнаруживать и идентифицировать объект поиска на удаленном расстоянии по радиоканалу.
Работа системы РЧИД с радиометками на ПАВ (поверхностно акустических волнах) реализуется на основе волн Гуляева-Блюштена, образующихся в результате взаимодействия радиоимпульса, излучаемого приемопередатчиком-считывателем с радиометкой, выполненной из материала со свойствами пьезоэффекта (кварц, ниобат лития, танталат лития и др). В результате прямого и обратного пьезоэффектоа на пьезоподложке, образующаяся акустическая волна после отражения от ряда рефлекторов, вновь преобразуется в электромагнитную волну, в закодированном виде в соответствии с индивидуальной структурой расположения рефлекторов.
Наиболее важным параметром системы РЧИД является дальность считывания радиометки, определяемая по классическим радиолакацион-ным формулам. При этом имеет место зависимость дальности считывания обратно пропорционально четвертой степени от мощности. Однако опыт эксплуатации первых систем РЧИД на ПАВ показан на снижение дальности считывания в процессе эксплуатации. В результате анализа было установлено, что снижение дальности обусловлено потерями в полупроводящей среде на радиометку, зависящей от электрических параметров среды: проводимость о и диэлектрическая проницаемость 8. Также было выявлено снижение дальности считывания, зависящее от скорости движения транспортных средств (табл.).
Таблица
Соответствующие значения 8т и о на указанной частоте для различных полупроводящих сред
Снег -1 С Снег -10 С Лед Сель Уголь бурый Уголь камен. Уголь антроцит
8т 2 3 1.2 5-10 10 15 15
о 10-6 10-4 10-4 10-3 10-2 102 103
Р дальность Б<1 % <2 % <2 % 2550 % в 2 раз Более 10 раз Более 100 раз
Видно, что наличие чистого снежного покрова на метке практически не сказывается на дальности считывания метки. Наибольшее снижение дальности (на 1-2 %) отмечается при влажном уплотненном снеге. Вместе с тем, можно ожидать, что смешанный с землей загрязненный снег (селевые наносы), который по своим электрическим параметрам приближается к влажной почве (Ет = 10; о= 10-2 1/Ом*м) приведет к более значительному снижению дальности.
Значительно хуже обстоят дела при размещении метки под слоем рудоносных пород и каменного угля. Но если можно еще считать доступным снижение дальности считывателя метки до двух метров для бурого угля, то для рудоносной среды из антрацита имеет место снижение дальности обнаружения метки на 2-3 порядка, что делает неприемлемым метод РЧИД для таких сред. Вместе с тем, по каменному углю целесообразно провести дополнительные исследования, согласно того факта, что диэлектрические параметры в этом случае надо оценивать для гранулированной смеси угля воздухом.
Что касается зависимости дальности считывания метки в метрах от скорости движения транспортного средства, то на рисунке 1 представлена зависимость дальности считывания метки в метрах от скорости движения транспортного средства при импульсивной мощности 1,10,100 и 1000 мВт.
15
100 200 300 400 500
V, км/ч
Рис. 1. Зависимость дальности считывания метки в метрах от скорости движения транспортного средства при импульсивной мощности 1,10,100 и 1000 мВт
Видно, что для всех скоростей движения имеет место увеличение дальности считывания пропорционально четвертой степени от мощности. При выбранной мощности в 100 мВт на большой скорости (300-400 км/ч)
дальность считывания метки снижается с 10 метров до 5 метров. Этот факт следует иметь в виду при проектировании системы идентификации железнодорожного транспорта, используя мощности считывателя не менее одного вата.
Анализируя распространение сигнала в системе РЧИ на основе ПАВ-технологий, основной проблемой является значительное затухание в линии передатчик-метка-приемник.
На рис. 2 приведены зависимости максимальной дальности действия устройства от мощности излучения для двух значений рабочей частоты и минимального и максимального значений аЭФФ при А =0.3 м .
R
................................ Р
5 10 15 20 25 30
Рис. 2. Зависимость максимальной дальности от мощности излучения при эффективной площади апертуры антенны А =0,3 м2
Для расчета трассы необходимо оценить, прежде всего, предельную чувствительность приемного устройства. Она будет определяться уровнем собственных шумов приемника, формирующихся во входных цепях.
Следуя из оценок и расчетов энергетической характеристики можно реализовать на полупроводниковых элементах и микросхемах, широко используемых в технике радиосвязи.
Другой проблемой является влияние сигнала помехи от «собственного передатчика», частота которого соответствует частоте приема, на характеристики приемника. Причем сигнал помехи от собственного передатчика значительно превышает уровень чувствительности приемника и сигнала, прошедшего трассу «прд-метка-прм».
Решение этой проблемы достигается двумя основными методами. К первому можно отнести экранировку и разрядку с помощью известных
средств фильтрации и невзаимных ферритовых устройств, например, а ко второму синхронную блокировку передачи после излучения метки, в том числе с помощью переключения антенны в режим приема.
В ходе проведенных работ были рассмотренные принципы построения приемопередатчика системы РЧИ на основе ПАВ-технологий за счет корреляционной обработки сигналов обеспечивают увеличение дальности действия системы с одновременным снижением требований к выходной мощности и улучшением параметров различения меток при повышении отношения сигнал/шум.
Библиографический список
1. Бутенко В. В. Радиочастотная идентификация - перспективное направление развития радиоэлектронных систем / В. В. Бутенко, А. С. Багдасарян, Г. А. Кащенко, Р. В. Семенов, О. В. Николаев // Сб. ст. Труды НИИР. - М.: 2010. Т.3. С. 80-84.
2. Казарикова Ю. М. Радиотехнические системы. Учебник для вузов по специальности «Радиотехника» / Ю. М. Казарикова. — М.: Высш. шк., 1990 г. - 496 с.
3. Багдасарян С. А. Оценка дальности действия систем радиочастотной идентификации в условиях природных и техногенных катастроф./ С. А. Багдасарян, С. О. Николаева, Г. В. Подшивалова, Р. В. Семенов Семенов // Теория и техника радиосвязи: науч. — техн. журнал / ОАО «Концерн «Созвездие». - Воронеж, 2012. - Вып. 4. - С. 11-16.
4. Прорывные технологии микросхемотехники для решения социально значимых задач комплексной безопасности объектов промышленности, энергетики, транспорта и ЖКХ / В. А. Шубарев // Материалы десятой отраслевой научно-практической конференции «Комплексная программа развития радиоэлектронной промышленности, минпромторг РФ», Великий Новгород; сентябрь 2011 года.
