EP0074330B1 - System for the identification and the determination of the passing moment of a plurality of moving objects at a predetermined point of their travel path - Google Patents
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Description
La présente invention concerne une installation pour l'identification et la détermination de l'instant du passage d'une pluralité de mobiles en un point déterminé de leur trajectoire.The present invention relates to an installation for identifying and determining the instant of the passage of a plurality of mobiles at a determined point on their trajectory.
De telles installations permettent de réaliser le chronométrage automatique d'épreuves du type des courses automobiles, par exemple. Elles comprennent généralement un dispositif embarqué sur chaque mobile et comportant un émetteur susceptible d'émettre un signal radio-électrique d'identification caractéristique du mobile, une an-, tenne réceptrice fixe disposée au voisinage dudit point déterminé et prévue pour recevoir les différents signaux d'identification, et des moyens de traitement des signaux d'identification reçus par l'antenne réceptrice susceptibles de déterminer pour chaque signal l'identité du mobile qui l'a émis et l'instant de son passage à la hauteur de l'antenne réceptrice.Such installations make it possible to perform automatic timing of events such as car racing, for example. They generally include a device on board each mobile and comprising a transmitter capable of transmitting a radio-identification signal characteristic of the mobile, a fixed antenna, receiving antenna located in the vicinity of said determined point and designed to receive the various signals of identification, and means for processing the identification signals received by the receiving antenna capable of determining for each signal the identity of the mobile which emitted it and the instant of its passage at the height of the receiving antenna .
Le brevet US-A-3 546 696 décrit une installation de ce type qui comprend au moins une station fixe disposée au voisinage du point déterminé et comportant un émetteur-récepteur pour, d'une part, émettre un signal radio-électrique de fréquence déterminée et, d'autre part, recevoir des signaux radio-électriques d'identification émanant des différents mobiles, chacun de ces mobiles comprenant également un émetteur-récepteur embarqué pour recevoir ledit signal radio-électrique, élaborer, en réponse à ce signal, l'un desdits signaux d'identification dont la fréquence est différente de toutes les fréquences pouvant être émises par les émetteurs-récepteurs embarqués sur les autres mobiles de manière à identifier le mobile concerné, et émettre ce signal d'identification vers ladite station, fixe; ledit émetteur-récepteur embarqué comprenant un oscillateur produisant ladite fréquence d'identification, et des moyens de commutation qui n'autorisent l'alimentation en énergie dudit émetteur-récepteur embarqué que pendant la période de réception dudit signal radio-électrique émis par ladite station fixe, cette dernière comprenant également des moyens de traitement des signaux d'identification pour déterminer, pour chaque signal, l'identité du mobile qui l'a émis et l'instant de passage de ce mobile à la hauteur de ladite station fixe.US-A-3,546,696 describes an installation of this type which comprises at least one fixed station arranged in the vicinity of the determined point and comprising a transceiver for, on the one hand, transmitting a radio-frequency signal of determined frequency and, on the other hand, receive radio identification signals from the various mobiles, each of these mobiles also comprising an on-board transceiver for receiving said radio signal, developing, in response to this signal, the one of said identification signals the frequency of which is different from all the frequencies that can be emitted by transceivers on board other mobiles so as to identify the mobile concerned, and transmit this identification signal to said station, fixed; said on-board transceiver comprising an oscillator producing said identification frequency, and switching means which only allow power to be supplied to said on-board transceiver during the period of reception of said radio signal emitted by said fixed station , the latter also comprising means for processing the identification signals to determine, for each signal, the identity of the mobile which transmitted it and the instant of passage of this mobile at the height of said fixed station.
Le brevet précité divulgue, par ailleurs, la possibilité de moduler le signal émis par les mobiles pour en constituer la «signature» -et, en outre, d'y superposer d'autres signaux chargés de véhiculer d'autres informations relatives au mobile considéré.The aforementioned patent also discloses the possibility of modulating the signal emitted by the mobiles in order to constitute its “signature” - and, moreover, superimposing thereon other signals responsible for conveying other information relating to the mobile considered .
Un problème majeur lié à cette installation connue réside dans l'obtention d'une stabilité de l'oscillateur embarqué sur les mobiles. En effet, puisque la fréquence constitue ici le critère d'identification, une variation de fréquence de deux mobiles dont les fréquences d'identification sont proches l'une de l'autre, pourrait créer une confusion. Ce problème est d'autant plus crucial que les émetteurs-récepteurs embarqués fonctionnent dans un environnement dans lequel les parasites sont omniprésents.A major problem linked to this known installation lies in obtaining stability of the oscillator on board the mobiles. Indeed, since the frequency here constitutes the identification criterion, a variation in frequency of two mobiles whose identification frequencies are close to each other, could create confusion. This problem is all the more crucial as the on-board transceivers operate in an environment in which parasites are omnipresent.
Dans le document antérieur précité, la stabilité de l'oscillateur est réalisée en y incorporant un quartz dont on connaît bien les propriétés de constance en fréquence.In the aforementioned prior document, the stability of the oscillator is achieved by incorporating therein a quartz of which the properties of frequency constancy are well known.
Cependant, les quartz sont des composants extrêmement sensibles notamment aux chocs, ce qui rend leur utilisation délicate surtout si l'installation est utilisée pour le chronométrage de courses automobiles, par exemple. De fait, il s'est avéré que de tels oscillateurs provoquent de nombreuses défaillances.However, quartz is an extremely sensitive component, in particular to impact, which makes it difficult to use, especially if the installation is used for timing automobile races, for example. In fact, it has been found that such oscillators cause many failures.
L'invention a pour but de proposer une installation d'identification de mobiles dans laquelle la stabilité en fréquence des émetteurs-récepteurs est toujours garantie, sans qu'il soit nécessaire de faire appel à des composants stabilisateurs fragiles.The object of the invention is to propose a mobile identification installation in which the frequency stability of the transceivers is always guaranteed, without the need to use fragile stabilizing components.
L'invention a donc pour objet une installation telle que définie ci-dessus, qui est caractérisée en ce que chaque émetteur-récepteur embarqué comprend des moyens pour convertir la fréquence du signal reçu de ladite station fixe en une fréquence déterminée servant à stabiliser ledit oscillateur, et des moyens de commande connectés entre lesdits moyens de conversion de fréquence et ledit oscillateur de telle façon que les fréquences respectives des signaux d'identification engendrées par lesdits oscillateurs soient échelonnées progressivement entre une fréquence inférieure et une fréquence supérieure et séparées l'une de l'autre par un écart de fréquence constant égale à la valeur en hertz de ladite fréquence produite par lesdits moyens de conversion, la fréquence du signal émis par ladite station fixe étant ainsi l'unique référence commune à toutes les fréquences des signaux d'identification.The subject of the invention is therefore an installation as defined above, which is characterized in that each on-board transceiver comprises means for converting the frequency of the signal received from said fixed station into a determined frequency serving to stabilize said oscillator , and control means connected between said frequency conversion means and said oscillator such that the respective frequencies of the identification signals generated by said oscillators are progressively staggered between a lower frequency and a higher frequency and separated from one the other by a constant frequency difference equal to the value in hertz of said frequency produced by said conversion means, the frequency of the signal transmitted by said fixed station thus being the only common reference to all the frequencies of the identification signals .
Il résulte de ces caractéristiques que la fréquence d'identification de chaque mobile est régulée par un signal dérivé du signal engendré par la station fixe, où il est aisé d'assurer une grande stabilité en fréquence de ce signal, car l'émetteur de cette station peut être complexe et encombrant et être facilement protégé contre les chocs mécaniques ou les influences parasitaires.It follows from these characteristics that the identification frequency of each mobile is regulated by a signal derived from the signal generated by the fixed station, where it is easy to ensure high frequency stability of this signal, since the transmitter of this station can be complex and bulky and easily protected against mechanical shock or parasitic influences.
Le US-A-4 068 232 décrit une installation d'identification d'objets mobiles dans laquelle la fréquence émise par ceux-ci est également dérivée de la fréquence de l'énergie reçue de la station fixe, mais dans ce cas, l'énergie est renvoyée par l'objet mobile vers la station fixe, avec une fréquence qui est une simple harmonique de la fréquence reçue. Dans ce cas, le signal émis par l'objet mobile n'est donc pas régulé en fréquence par un signal de pilotage qui est issu de la fréquence de la station fixe.US-A-4,068,232 describes an installation for identifying mobile objects in which the frequency emitted by them is also derived from the frequency of the energy received from the fixed station, but in this case the energy is returned by the mobile object to the fixed station, with a frequency which is a simple harmonic of the received frequency. In this case, the signal emitted by the mobile object is therefore not frequency-regulated by a control signal which comes from the frequency of the fixed station.
Une disposition analogue résulte du US-A-4 274 089 dans lequel il s'agit d'une installation de protection contre le vol de marchandises vendues dans un magasin. Dans ce cas, la fréquence reçue par l'étiquette d'identification est multipliée ou démultipliée par un facteur n. Il convient de noter, par ailleurs, qu'une telle installation ne nécessite pas de distinction entre les fréquences émises par les étiquettes, le but étant de simplement signaler qu'un article est indûment sorti du magasin.A similar arrangement results from US-A-4 274 089 in which it is an installation for theft protection of goods sold in a store. In this case, the frequency received by the identification tag is multiplied or multiplied by a factor n. It should also be noted that such an installation does not require no distinction between the frequencies emitted by the labels, the aim being to simply signal that an item has been improperly taken out of the store.
Dans le US-A-4 087 753, on précise en substance (colonne 4, lignes 15 à 20) que «le signal émis par l'appareil du second objet est plus particulièrement en relation cohérente avec le signal d'interrogation reçu ou, en d'autres termes, pour chaque groupe prédéterminé de cycles du signal d'interrogation, le second objet émet un cycle prédéterminé ou un groupe de cycles prédéterminé.»In US-A-4 087 753, it is specified in substance (
Dans cette installation, la fréquence de l'émetteur fixe et celle de l'émetteur embarqué sont donc également dans une relation prédéterminée. Cependant, l'émetteur embarqué ne compte au-. cun moyen pour dériver de la fréquence reçue, une référence servant à la régulation de la fréquence émise par cet émetteur embarqué.In this installation, the frequency of the fixed transmitter and that of the on-board transmitter are therefore also in a predetermined relationship. However, the on-board transmitter does not count. no means for deriving from the received frequency, a reference used for regulating the frequency emitted by this on-board transmitter.
Enfin, d'après le chapitre 2, pages 11 à 20 d'un ouvrage de la Société Signetics Corporation intitulé «Signetics Linear Phase locked loop Application Book», il est connu de stabiliser une fréquence à l'aide d'une boucle de verrouillage de phase dont l'application pratique peut être de synthétiser plusieurs fréquences (voir figures 8 et 9 et la description correspondante de ces figures).Finally, according to
L'invention sera bien comprise à la lecture de la description suivante faite en liaison avec les dessins joints, parmi lesquels:
- - la figure 1 est une représentation schématique par blocs d'une installation selon un mode de réalisation particulier de l'invention;
- - la figure 2 est un diagramme représentant la forme des signaux relevés en divers points du schéma de la figure 1;
- - la figure 3 est un schéma électronique détaillé du dispositif embarqué représenté dans la figure 1.
- - Figure 1 is a schematic block representation of an installation according to a particular embodiment of the invention;
- - Figure 2 is a diagram showing the shape of the signals noted at various points in the diagram of Figure 1;
- - Figure 3 is a detailed electronic diagram of the on-board device shown in Figure 1.
Dans la figure 1, on a représenté de façon schématique et par blocs une installation selon l'invention, comprenant des éléments fixes 1 et une pluralité de dispositifs embarqués 2.In FIG. 1, there is shown schematically and in blocks an installation according to the invention, comprising
Les éléments fixes comportent une antenne réceptrice fixe 3 constituée par exemple par un câble placé au travers de la piste d'une épreuve sportive, au niveau de la ligne d'arrivée. L'antenne fixe 3 reçoit des signaux d'identification émis par les dispositifs embarqués 2, qui sont exploités d'une manière en soi connue dans les moyens de traitement 4.The fixed elements include a fixed
L'installation comporte en outre un émetteur fixe 22, utilisant de préférence la même antenne 3 pour émettre un signal de pilotage des dispositifs embarqués 2, par exemple d'une fréquence fi de 80 kHz.The installation also includes a
Les dispositifs embarqués comportent une an- . tenne réceptrice 5 pour recevoir le signal de pilo- . tage, qui est alors filtré dans un filtre passif 6 et un filtre actif 7, puis mis en forme dans le circuit de mise en forme 8. Les figures 2a et 2b montrent respectivement la forme des signaux au points a et b de la figure 1 obtenus après le filtre actif 7 et le circuit 8, dans un diagramme de la tension en fonction du temps.The on-board devices include a year.
Après passage dans un diviseur 9 de fréquence par quatre, le signal mis en forme, de fréquence f2 = 20 kHz est fourni à une boucle à verrouillage de phase d'un type connu (PLL), constituée par un comparateur de phase 10, un filtre 11, un oscillateur commandé par la tension 12 et des dispositifs de sélection 13, 14, 15 permettant respectivement de choisir le chiffre de l'unité, de la dizaine et de la centaine du rapport entre la fréquence f, du signal d'identification élaboré par l'oscillateur 12 et la fréquence du signal de référence de 20 kHz. De préférence, cette boucle est constituée de façon que.la fréquence du signal d'identification est comprise entre f3 = 2,5 et f4 = 3,5 MHz. Elle pourra donc varier par pas dé 20 kHz entre ces limites, ce qui permet d'identifier et de chronométrer 50 mobiles distincts.After passing through a frequency divider 9 by four, the shaped signal, of frequency f 2 = 20 kHz is supplied to a phase-locked loop of a known type (PLL), constituted by a
Le signal obtenu après le filtre 11, c'est-à-dire au point e de la figure 1 est représenté dans la figure 2e.The signal obtained after the
Le signal d'identification élaboré par l'oscillateur 12 est ensuite injecté dans un étage de sortie 33, puis filtré dans un filtre 34 avant d'être renvoyé sur l'antenne 5 du dispositif embarqué. Le signal présent sur l'antenne 5 au moment du passage du mobile au voisinage de l'antenne 3 est représenté dans la figure 2g et il est constitué par la superposition du signal de pilotage de 80 kHz et du signai d'identification.The identification signal produced by the
Pour limiter la consommation du dispositif em- . barqué, les éléments constitutifs de la boucle à verrouillage de phase sont alimentés au travers d'un transistor 15 commandé par la sortie d'un détecteur de tonalité 16 accordé sur la fréquence du signal de pilotage. La boucle ne fonctionne ainsi que lorsque le signal de pilotage est reçu par l'antenne 5, c'est-à-dire au voisinage immédiat de l'antenne fixe 3.To limit the consumption of the em- device. locked, the constituent elements of the phase-locked loop are supplied through a
De la même façon, le détecteur de tonalité 16 n'est alimenté au travers d'un transistor 17 que pendant la durée où un signal est présent à la sortie du circuit de mise en forme 8. A cet effet l'enveloppe de ce dernier signal est élaborée par un circuit formateur d'enveloppe 18 dont la sortie commande le transistor 17. Le signal de sortie du circuit 18, au point c, est représentée dans la figure 2c, tandis que celle du détecteur de tonalité 16, au point d est représentée dans la figure 2d.In the same way, the
En outre, pour garantir que l'étage de sortie 33 n'est activé que lorsque la boucle à verrouillage de phase est effectivement stabilisée, l'étage 33 est alimenté au travers d'un transistor 19 commandé par un signal de verrouillage élaboré par le détecteur de phase 10. Ce signal, au point f, est représenté dans la figure 2f.In addition, to guarantee that the
Dans la figure 1, on remarquera également que les circuits 9, 10 et 15 ont été groupés dans un cadre en traits pointillés 20, tandis que les circuits 13 et 14 l'ont été dans un cadre 21. Ces cadres représentent les circuits intégrés uniques utilisés pour réaliser les fonctions des différents blocs inclus dans les cadres, dans le schéma électronique détaillé de la figure 3.In FIG. 1, it will also be noted that the
On comprendra que le dispositif représenté dans la figure 1 pourrait faire l'objet de nombreuses modifications et variantes qui apparaîtront à l'homme du métiér.It will be understood that the device shown in Figure 1 could be the subject of many its modifications and variants which will appear to those skilled in the art.
Par exemple, le signal de pilotage de 80 kHz pourrait aisément être remplacé par un signal modulé en fréquence, notamment pour réduire encore l'influence des parasites. Il suffirait alors de modifier les dispositifs embarqués par l'adjonction d'un démodulateur 23 représenté en traits pointillés à l'entrée du décodeur de tonalité 16.For example, the 80 kHz control signal could easily be replaced by a frequency modulated signal, in particular to further reduce the influence of parasites. It would then suffice to modify the on-board devices by adding a
Bien entendu, le signal alimentant la boucle à verrouillage de phase étant alors modulé en fréquence également, le filtre 11 de cet boucle devrait être adapté en conséquence.Of course, the signal supplying the phase locked loop then being also frequency modulated, the
De manière analogue, l'installation de l'inven- . tion pourrait être mise à profit pour transmettre diverses informations de l'antenne fixe au dispositif embarqué ou réciproquement. Dans le premier cas, il suffirait par exemple de moduler le signal de pilotage émis par l'antenne fixe et d'associer au dispositif embarqué des moyens de décodage des informations ainsi inclues dans le signal de pilotage. Une modulation appropriée du signal fourni par l'oscillateur du dispositif embarqué et un décodage au niveau des moyens de traitement de signaux d'identification réaliseraient l'effet inverse.Similarly, the installation of the invention. tion could be used to transmit various information from the fixed antenna to the on-board device or vice versa. In the first case, it would suffice, for example, to modulate the control signal emitted by the fixed antenna and to associate with the on-board device means for decoding information thus included in the control signal. Appropriate modulation of the signal supplied by the oscillator of the on-board device and decoding at the level of the identification signal processing means would achieve the opposite effect.
L'installation de l'invention pourrait également être utilisée pour affiner la détection de l'instant de passage des mobiles, en mettant en oeuvre l'effet Doppler, c'est-à-dire le décalage entre la fréquence du signal d'identification émis par cha-. que mobile, et un signal d'identification dit de référence. Il suffirait à cet effet de produire à partir du signal de pilotage un signal de référence élaboré de la même façon que l'est le signal de référence dans le dispositif embarqué, mais dans un dispositif fixe repéré par le bloc en traits pointillés 24 de la figure 1. Les moyens de traitement 4 pourraient alors être adaptés de manière à enregistrer le temps de passage, pour un mobile donné, au moment où les fréquences du signal d'identification et du signal d'identification de référence sont égales.The installation of the invention could also be used to refine the detection of the moment of passage of the mobiles, by implementing the Doppler effect, that is to say the offset between the frequency of the identification signal issued by cha-. mobile, and a so-called reference identification signal. It would suffice for this purpose to produce from the piloting signal a reference signal developed in the same way as the reference signal is in the on-board device, but in a fixed device identified by the block in
Bien entendu, une installation fixe comprenant une antenne fixe associée à un émetteur et un récepteur fixe peut être prévue à plusieurs en-. droits différents de la trajectoire de mobiles. En particulier certaines d'entre elles pourraient alors être réservées à un chronométrage, et les autres au transfert d'information entre les mobiles et les installations fixes.Of course, a fixed installation comprising a fixed antenna associated with a transmitter and a fixed receiver can be provided at several times. rights different from the trajectory of mobiles. In particular, some of them could then be reserved for timing, and the others for the transfer of information between mobiles and fixed installations.
La figure 3 représente, à titre purement indica-. tif, le schéma électronique détaillé du circuit d'un dispositif embarqué réalisé selon le principe de la figure 1. Ce schéma porte l'indication des valeurs et des références des éléments utilisés. Pour plus de clarté, les blocs de la figure 1 ontété définis par des cadres en traits pointillés sur la figure 3, aux- . quels on a attribué en chiffres romains les références correspondantes de la figure 1.FIG. 3 represents, purely by way of indication. tif, the detailed electronic diagram of the circuit of an on-board device produced according to the principle of FIG. 1. This diagram indicates the values and the references of the elements used. For clarity, the blocks of Figure 1 have been defined by dashed lines in Figure 3, aux-. which have been assigned in Roman numerals the corresponding references in Figure 1.
La consommation totale de ce circuit s'élève à 3,5 mA environ lorsqu'il ne reçoit pas de signal de pilotage, et, dans le cas contraire, c'est-à-dire lorsqu'il émet un signal d'identification, de l'ordre de 140 mA. Cette dernière valeur est équivalente à la consommation des dispositifs de l'art antérieur. Lorsque l'on associe le dispositif embarqué de l'invention à une batterie d'une capacité de 700 mAh environ, on voit donc que son autonomie passe de quelques heures pour les dispositifs connus à quelques jours, pour un nombre raison- . nable de passages du dispositif embarqué près de l'antenne fixe. C'est pourquoi il devient possible d'installer les dispositifs embarqués, par exemple pour le chronométrage d'une course automobile, au début des journées d'essai, et de ne plus intervenir sur eux jusqu'à la fin de la course.The total consumption of this circuit is approximately 3.5 mA when it does not receive a piloting signal, and, otherwise, that is to say when it transmits an identification signal, of the order of 140 mA. This latter value is equivalent to the consumption of the devices of the prior art. When we associate the on-board device of the invention with a battery with a capacity of approximately 700 mAh, we therefore see that its autonomy goes from a few hours for known devices to a few days, for a reason. level of passages of the on-board device near the fixed antenna. This is why it becomes possible to install the on-board devices, for example for the timing of a car race, at the start of the test days, and not to intervene on them until the end of the race.
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"Signetics Linear Phase Locked Loops Applications Book", 1972, Section 2, pages 9 à 20 * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2453415A1 (en) | 2010-11-16 | 2012-05-16 | SPORTident GmbH | Method and arrangment for determining passing times at control points, in particular for sport events |
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Publication number | Publication date |
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DE3277944D1 (en) | 1988-02-11 |
EP0074330A1 (en) | 1983-03-16 |
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