УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА, ПЕРЕМЕЩАЮЩЕГОСЯ ВДОЛЬ СРЕДСТВА РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН Российский патент 2002 года по МПК B61L25/02 

Изобретение относится к транспортным системам, в частности к транспортным системам с полностью автоматическим управлением, и более конкретно к устройствам определения текущего местоположения некоторого транспортного средства, перемещающегося вдоль средства распространения электромагнитных волн.

Система передачи электромагнитных волн в соответствии с предлагаемым изобретением, называемая иначе системой информатизации и автоматизации при помощи волновода (сокращенно IAGO), основана на использовании излучающего волновода.

Данная система передачи обеспечивает возможность осуществления непрерывной двухсторонней связи с высокой плотностью потока информации между оборудованием неподвижной станции и оборудованием некоторого подвижного объекта.

Упомянутый выше излучающий волновод представляет собой передающую среду, выполненную из алюминия и размещенную вдоль пути перемещения данного подвижного объекта.

Указанный излучающий волновод транспортирует поток информации, исходящий от земли, на которую он уложен, или от подвижного объекта, перемещающегося вдоль этого волновода, на частотах, находящихся в диапазоне, используемом в промышленности, в научных исследованиях и в медицине и находящемся в пределах от 2,4 до 2,5 ГГц.

Помимо передачи информации упомянутая система передачи позволяет постоянно определять текущую истинную скорость упомянутого подвижного объекта, а также его абсолютное положение вдоль упомянутого пути перемещения.

Оборудование, предназначенное для определения местоположения упомянутого подвижного объекта по отношению к земле, по которой проложен излучающий волновод, в соответствии с существующим уровнем техники основано на принципе считывания специальным оборудованием подвижного объекта некоторого двоичного кода, нанесенного особым образом на упомянутый волновод.

Указанный код реализован путем специального расположения по отношению к сети системы символов определения местоположения, образованных секторными щелями, служащими для передачи информации.

Такая система определения местоположения описана во французском патенте FR-2680876 под названием "Система определения местоположения при помощи сверхвысокочастотных электромагнитных колебаний", выданном на имя Заявителя.

Один символ, соответствующий одному биту или одному двоичному разряду упомянутого кода, соответствует одной продольной щели данного волновода.

Считывание указанных символов осуществляется путем измерения разности фаз между сигналами, поступающими с двух антенн, размещенных под данным подвижным объектом.

Различие между некоторым символом и его дополнением осуществляется путем формирования продольной щели относительно соседних секторных щелей.

Информация, соответствующая моменту получения величины упомянутой разности фаз, обеспечивается на основе сигналов, принимаемых с частотой, равной 2,7 ГГц.

Таким образом, для приема измерения, осуществляемого для данного символа, положение антенн определения местоположения по отношению к упомянутым символам дает положительную или отрицательную величину разности фаз, соответствующую одному биту или его дополнению.

В основу настоящего изобретения положена задача создания устройства связи между пунктом управления и/или контроля и транспортным средством, перемещающимся вдоль некоторого средства распространения электромагнитных волн, обеспечивающего:
- возможность определения местоположения подвижных транспортных средств, в частности железнодорожного подвижного состава, с очень высокой степенью точности,
- решение проблем, называемых "снайперской стрельбой по цели" в специальном случае платформ, оборудованных собственными дверями, а также возможность сокращения интервала между двумя железнодорожными поездами, позволяя реализовать функционирование данной транспортной системы по принципу "подвижного изменяемого перегона или блок-участка".

Упомянутый принцип подвижного или плавающего перегона основан на том, что данный железнодорожный путь уже не разделяется географически с возможностью строгого задания последовательности фиксированных и не поддающихся изменению перегонов или блок-участков, но организуется с потенциальной возможностью определения последовательности упомянутых подвижных или плавающих перегонов.

Кроме того, указанная последовательность подвижных перегонов образована так называемыми изменяемыми участками (дистанциями) пути вследствие того, что начало и конец каждого из упомянутых участков имеют положения, которые могут изменяться.

Упомянутый принцип формирования подвижных деформируемых перегонов основывается на том обстоятельстве, что задняя часть следующего впереди транспортного средства или поезда становится точкой цели (или ориентиром) для транспортного средства или поезда, следующего за ним.

Преимущество такого принципа подвижных деформируемых перегонов заключается в возможности существенно сократить интервал между следующими друг за другом транспортными средствами или поездами.

Еще одним преимуществом устройства связи в соответствии с предлагаемым изобретением является обеспечение возможности автоматического возврата транспортных средств.

Предлагаемое устройство связи в соответствии с данным изобретением также призвано обеспечить задание начальных условий на остановке для осуществления функций типа автоматического возврата или автоматической постановки на запасной путь и автоматического вывода с запасного пути.

В соответствии с данным изобретением устройство для определения местоположения некоторого транспортного средства, перемещающегося вдоль средств распространения Р электромагнитных волн, имеет в своем составе:
- средства излучения Е электромагнитных волн Σ_e,
- средства отражения R' упомянутых излученных электромагнитных волн Σ_e;
- средства приема R электромагнитных волн Σ_r, отраженных упомянутыми средствами отражения R';
- средства сравнения С упомянутых излученных электромагнитных волн Σ_e и упомянутых отраженных электромагнитных волн Σ_r;
- средства обработки результатов Т, полученных упомянутыми средствами сравнения С, дающие возможность определить расстояние D между упомянутым транспортным средством V и упомянутыми средствами отражения R', причем упомянутые средства распространения Р упомянутых излученных электромагнитных волн Σ_e и упомянутых отраженных электромагнитных волн Σ_r представляют собой излучающие средства распространения.

Устройство для определения местоположения транспортного средства, перемещающегося вдоль средств распространения электромагнитных волн, в соответствия с данным изобретением согласно первому предпочтительному способу реализации удовлетворяет следующим требованиям:
- упомянутые средства передачи Е упомянутых излученных электромагнитных волн Σ_e, упомянутые средства приема R отраженных электромагнитных волн Σ_r, упомянутые средства сравнения С и упомянутые средства обработки Т располагаются на упомянутом транспортном средстве V,
- упомянутые средства отражения R' излученных электромагнитных волн Σ_e связаны с упомянутыми средствами распространения Р и располагаются на земле.

Устройство для определения местоположения транспортного средства, перемещающегося вдоль средств распространения электромагнитных волн в соответствии с другим предпочтительным способом реализации предлагаемого изобретения удовлетворяет следующим требованиям:
- упомянутые средства передачи Е излученных электромагнитных волн Σ_e и упомянутые средства приема R отраженных электромагнитных волн Σ_r, а также средства сравнения С и упомянутые средства обработки Т связаны с упомянутыми средствами распространения Р электромагнитных волн и располагаются на земле,
- упомянутые средства отражения R' излученных электромагнитных волн Σ_e располагаются на упомянутом транспортном средстве V.

Устройство для определения местоположения транспортного средства, перемещающегося вдоль средств распространения электромагнитных волн в соответствии с предлагаемым изобретением удовлетворяет также одному из следующих требований:
- упомянутые средства передачи Е электромагнитных волн представляют собой радиолокационные средства излучения,
- упомянутые излученные Σ_e и отраженные Σ_r электромагнитные волны представляют собой радиолокационные волны,
- упомянутые излученные электромагнитные волны Σ_e представляют собой несущую волну, излученную с постоянной амплитудой и модулированную по частоте, а упомянутые отраженные электромагнитные волны Σ_r представляют собой отраженную несущую волну той же амплитуды и модулированную по частоте,
- упомянутые средства отражения R' способны преобразовывать частоту упомянутой излученной несущей волны, образующей упомянутые излученные электромагнитные волны Σ_e
- обработка результатов, полученных упомянутыми средствами сравнения С, при помощи упомянутых средств обработки Т основывается на измерении разности фаз между упомянутой излученной несущей волной и упомянутой отраженной несущей волной.

Преимущество устройства для определения местоположения транспортного средства, перемещающегося вдоль средств распространения электромагнитных волн, в соответствии с предлагаемым изобретением состоит в использовании менее дорогостоящего излучающего волновода, отличающегося простотой укладки и последующего технического обслуживания.

Другое преимущество устройства для определения местоположения транспортного средства, перемещающегося вдоль средств распространения электромагнитных волн, в соответствии с данным изобретением состоит в том, что при его использовании система может одинаково успешно функционировать с излучающими средствами распространения электромагнитных волн как типа излучающего кабеля, так и типа излучающего волновода.

Еще одно преимущество устройства для определения местоположения транспортного средства, перемещающегося вдоль средств распространения электромагнитных волн, в соответствии с данным изобретением состоит в том, что в случае использования в качестве средств распространения электромагнитных волн излучающего волновода допустимый диапазон вертикального и горизонтального смещения установленного на борту данного транспортного средства оборудования относительно упомянутых средств распространения электромагнитных волн значительно увеличивается, что позволяет устанавливать бортовое оборудование данной системы на кузове транспортного средства, а не обязательно на колесной тележке.

Еще одно преимущество устройства для определения местоположения транспортного средства, перемещающегося вдоль средств распространения электромагнитных волн, в соответствии с данным изобретением состоит в том, что при его использовании отпадает необходимость ставить данное транспортное средство на запасной путь в точно заданном положении над специальными ориентирами для осуществления функций возврата указанного транспортного средства или его отстоя на запасном пути и вывода с запасного пути.

Другие цели, характеристики и преимущества данного изобретения будут отражены в приведенном ниже описании предпочтительных способов реализации устройства для определения местоположения транспортного средства, перемещающегося вдоль средств распространения электромагнитных волн, со ссылками на приведенные в приложении чертежи, на которых:
фиг. 1 изображает общий схематический вид устройства для определения местоположения транспортного средства, перемещающегося вдоль средств распространения электромагнитных волн, в соответствии с предлагаемым изобретением,
фиг. 2 - упрощенную блок-схему первого предпочтительного способа реализации предлагаемого устройства для определения местоположения транспортного средства, перемещающегося вдоль средств распространения электромагнитных волн,
фиг. 3 - упрощенную блок-схему другого предпочтительного способа реализации упомянутого устройства для определения местоположения транспортного средства, перемещающегося вдоль средств распространения электромагнитных волн.

На фиг. 1 схематически показан общий вид системы, включающей устройство для определения местоположения транспортного средства V, перемещающегося вдоль средств распространения Р электромагнитных волн, в соответствии с данным изобретением.

Как уже было сказано выше, предлагаемое устройство в соответствии с данным изобретением имеет целью обеспечить возможность определения с достаточно большой точностью местоположения транспортного средства V, то есть определения дистанции D, отделяющей данное транспортное средство от некоторой данной точки упомянутых средств распространения Р.

В соответствии с предлагаемым изобретением и как показано на приведенных на фиг. 2 и 3 блок-схемах упрощенного типа, устройство для определения местоположения транспортного средства V, перемещающегося вдоль средств распространения Р электромагнитных волн, содержит средства передачи E электромагнитных волн Σ_e, способных распространяться в упомянутых средствах распространения Р, и средства приема R электромагнитных волн.

Упомянутое устройство для определения местоположения данного транспортного средства содержит также средства отражения R' излученных электромагнитных волн Σ_e в направлении расположения упомянутых средств их приема R.

Средства сравнения С осуществляют сравнение излученных электромагнитных волн Σ_e и отраженных электромагнитных волн Σ_r, которые поступают на упомянутое средство сравнения после отражения от упомянутых средств R'.

Результаты упомянутого сравнения, выполненного средствами сравнения С, позволяют рассчитать дистанцию или расстояние D между данным транспортным средством V и средствами отражения R' при помощи средств обработки Т.

Средства распространения Р излученных электромагнитных волн Σ_e и отраженных электромагнитных волн Σ_r представляют собой излучающие средства распространения, независимо от пространственного положения средств передачи или излучения Е и средств приема R электромагнитных волн вдоль средств распространения Р данных электромагнитных волн.

На фиг. 2 представлена упрощенная блок-схема первого предпочтительного способа реализации устройства для определения местоположения транспортного средства, перемещающегося вдоль средств распространения электромагнитных волн.

Предлагаемое устройство для определения местоположения транспортного средства V в соответствии с этим первым способом реализации содержит средства передачи или излучения E электромагнитных волн Σ_e, способных распространяться в данных средствах распространения Р, и средства приема R таких электромагнитных волн.

В данном способе реализации предлагаемого устройства упомянутые средства передачи или излучения Е электромагнитных волн Σ_e и средства приема электромагнитных волн R располагаются на борту данного транспортного средства.

При этом средства отражения R' электромагнитных волн связаны с упомянутыми средствами распространения Р с возможностью отражения упомянутых электромагнитных волн Σ_e в направлении расположения упомянутых средств приема R электромагнитных волн.

В предпочтительном варианте практической реализации средства отражения R' и средства приема R электромагнитных волн представляют собой средства типа гетеродина, за счет чего отражение излученных электромагнитных волн Σ_e осуществляется с изменением частоты с целью получения отраженных электромагнитных волн Σ_e, и что прием указанных отраженных электромагнитных волн Σ_r осуществляется с таким же изменением частоты, но с обратным знаком, для того, чтобы получить так называемые принятые электромагнитные волны Σ_r′.
Смысл указанных различных изменений частоты электромагнитного излучения состоит в том, чтобы обеспечить возможность селективного приема излучения приемными средствами R. В частности, электромагнитные волны, производные от электромагнитных волн Σ_e, излученных средствами передачи Е, и отраженные собственно средствами распространения Р указанных электромагнитных волн вместо того, чтобы распространяться вдоль указанных средств Р, не будут приниматься во внимание средствами приема R вследствие того, что их частота не соответствует требуемой.

В соответствии с данным способом реализации средства отражения P' электромагнитных волн, излученных средствами передачи Е, располагаются на земле.

Средства сравнения С обеспечивают сравнение излученных электромагнитных волн Σ_e и принятых электромагнитных волн Σ_r′, поступающих с приемных средств R.

Результаты, полученные на выходе упомянутых средств сравнения С, позволяют рассчитать дистанцию или расстояние между данным транспортным средством V и средствами отражения R' при помощи средств обработки Т.

Упомянутые средства сравнения электромагнитных волн С и упомянутые средства обработки результатов этого сравнения Т в данном способе реализации располагаются на борту данного транспортного средства V.

На фиг. 3 представлена упрощенная блок-схема другого предпочтительного способа практической реализации предлагаемого устройства для определения местоположения транспортного средства, перемещающегося вдоль средств распространения электромагнитных волн, в соответствии с данным изобретением.

Устройство для определения местоположения транспортного средства в соответствии с указанным вторым способом реализации содержит средства передачи или излучения Е электромагнитных волн Σ_e, способных распространяться в упомянутых средствах распространения Р, а также средства приема R электромагнитных волн.

Согласно данному способу реализации средства передачи или излучения Е электромагнитных волн Σ_e и средства приема R электромагнитных волн располагаются на земле и связаны с упомянутыми средствами распространения Р электромагнитных волн.

Средства отражения R' электромагнитных волн Σ_e/ согласно данному способу реализации располагаются на борту данного транспортного средства V с возможностью обеспечения отражения излученных электромагнитных волн Σ_e в направлении расположения средств приема R этих электромагнитных волн.

Средства сравнения С поступающих электромагнитных волн обеспечивают сравнение излученных электромагнитных волн Σ_e и принятых упомянутыми приемными средствами Р электромагнитных волн Σ_r′.
Результаты сравнения, полученные при помощи упомянутых средств сравнения С электромагнитных волн, позволяют рассчитать дистанцию или расстояние D между данным транспортным средством V и средствами приема R электромагнитных волн при помощи специальных средств обработки Т.

В общем случае, независимо от выбранного способа практической реализации предлагаемого устройства определения местоположения транспортного средства, перемещающегося вдоль средств распространения электромагнитных волн, упомянутые средства передачи или излучения Е и упомянутые средства приема R электромагнитных волн представляют собой средства радиолокационного излучения и средства радиолокационного приема соответственно.

Из сказанного выше следует, что упомянутые выше излученные электромагнитные волны Σ_e представляют собой радиолокационные электромагнитные волны.

Приведенное ниже описание основывается на устройстве для определения местоположения транспортного средства в соответствии с предлагаемым изобретением, реализованного по первому предпочтительному способу, описанному выше, с использованием радиолокационных средств передачи или излучения электромагнитных волн и излучающего волновода в качестве средств распространения этих электромагнитных волн.

Приводимое описание позволяет более наглядно и конкретно проиллюстрировать практическое применение устройства для определения местоположения транспортного средства в соответствии с данным изобретением.

Средства передачи или излучения радиолокационных электромагнитных волн, установленные на борту данного транспортного средства, подают в излучающий волновод некоторую несущую волну. Данная несущая волна распространяется в волноводе в обе стороны до обоих концов данного волновода.

Преобразователь частоты, установленный на одном из концов волновода, улавливает излученную несущую волну. Указанный преобразователь частоты типа гетеродина позволяет обеспечить некоторое преобразование частоты упомянутой несущей волны. Упомянутый преобразователь частоты далее производит обратное излучение несущей волны в упомянутый волновод.

Преобразованная по частоте несущая волна распространяется в упомянутом волноводе в направлении данного транспортного средства и, достигнув транспортного средства, принимается установленными на его борту радиолокационными средствами приема электромагнитного излучения. Указанные радиолокационные средства приема электромагнитного излучения представляют собой средства приема типа гетеродина, обеспечивающего повторное преобразование частоты в первоначальную или исходную частоту. Упомянутые средства сравнения обеспечивают сравнение излученной несущей волны с отраженной несущей волной, принятой на борту данного транспортного средства и преобразованной к исходной частоте излученной несущей волны.

Выполняемые в данном устройстве измерения основываются, например, на определении разности фаз между излученной несущей волной и отраженной несущей волной. Упомянутая разность фаз определенным образом связана с дистанцией D, проходимой упомянутыми волнами.

В предпочтительном варианте реализации эта операция осуществляется для достаточно большого количества частот. Такие измерения позволяют получить таблицу комплексных чисел, соответствующих амплитуде и фазе данного сигнала.

При помощи преобразования Фурье, примененного к упомянутым табулированным комплексным числам, можно перейти от частотной области к временной.

В таблице, преобразованной из частотной области во временную, считывается импульсная характеристика данной системы. После этого определяется время распространения электромагнитных волн путем наблюдения положения пикового значения импульсного ответного сигнала.

Зная скорость распространения электромагнитных волн в данном волноводе, можно рассчитать пространственное положение данного транспортного средства.

Другое решение состоит в том, чтобы работать во временной, а не в частотной области.

Очевидно, что предлагаемое устройство определения местоположения в соответствии с данным изобретением может быть применено и для случая воздушного распространения электромагнитных волн с использованием преобразователей частоты, установленных вдоль данного пути перемещения транспортных средств. Однако различные явления, связанные с наличием многочисленных дорог или путей, будут в таком случае существенно снижать точность определения местоположения данного транспортного средства.

Упомянутые выше средства распространения электромагнитных волн могут представлять собой, например, излучающий волновод или излучающий кабель, но с оговоркой, что при этом используются подходящие диапазоны частот электромагнитного излучения.

Изобретение относится к средствам определения текущего местоположения некоторого транспортного средства, перемещающегося вдоль средства распространения электромагнитных волн. Устройство содержит средства передачи, отражения и приема электромагнитных волн, средства сравнения излученных и отраженных электромагнитных волн и средства обработки результатов, полученных при помощи средств сравнения. Средства распространения излученных и отраженных электромагнитных волн представляют собой излучающие средства распространения. Излученная и отраженная электромагнитные волны модулированы по частоте. Средства отражения электромагнитных волн выполнены с возможностью преобразования несущей частоты электромагнитной волны. Приемные средства обеспечивают преобразование несущей электромагнитной волны к ее первоначальной частоте. Средства обработки выполнены с возможностью обработки результатов путем измерения разности фаз между несущей излученных электромагнитных волн и несущей принятых электромагнитных волн. Технический результат - повышение точности определения местоположения транспортного средства. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство связи для определения местоположения транспортного средства V, перемещающегося вдоль средств распространения Р электромагнитных волн, содержащее средства передачи Е излученных электромагнитных волн Σ_e, средства отражения R' излученных электромагнитных волн Σ_e, средства приема R отраженных электромагнитных волн Σ_r, отраженных средствами отражения R', средства сравнения С излученных электромагнитных волн Σ_e и отраженных электромагнитных волн Σ_r, поступающих из средств приема R, средства обработки Т результатов, полученных при помощи средств сравнения С и позволяющих определить расстояние D между транспортным средством V и средствами отражения R', причем средства распространения Р излученных электромагнитных волн Σ_e и отраженных электромагнитных волн Σ_r представляют собой излучающие средства распространения, отличающееся тем, что излученные электромагнитные волны Σ_e представляют собой излученную электромагнитную волну постоянной амплитуды, модулированную по частоте, отраженные электромагнитные волны Σ_r представляют собой отраженную несущую электромагнитную волну, модулированную по частоте, средства отражения R' электромагнитных волн выполнены с возможностью преобразования частоты несущей электромагнитной волны для излученных электромагнитных волн Σ_e, чтобы обеспечить формирование отраженных электромагнитных волн Σ_r, при этом приемные средства R обеспечивают преобразование несущей электромагнитной волны для отраженных электромагнитных волн Σ_r к ее первоначальной частоте для того, чтобы сформировать принятые электромагнитные волны при помощи средств обработки Т, а средства обработки Т выполнены с возможностью обработки результатов, полученных при помощи средств сравнения С, путем измерения разности фаз между несущей электромагнитной волной для излученных электромагнитных волн Σ_e и несущей электромагнитной волной для принятых электромагнитных волн Σ_r.
2. Устройство связи по п. 1, отличающееся тем, что средства передачи Е излученных электромагнитных волн Σ_e и средства приема R отраженных электромагнитных волн Σ_r, а также средства сравнения С и средства обработки Т расположены на транспортном средстве V, при этом средства отражения R' излученных электромагнитных волн Σ_e связаны со средствами распространения Р электромагнитных волн и расположены на земле. 3. Устройство связи по п. 1, отличающееся тем, что средства передачи Е излученных электромагнитных волн Σ_e и средства приема R отраженных электромагнитных волн Σ_r, а также средства сравнения С и средства обработки Т связаны со средствами распространения Р электромагнитных волн и расположены на земле, при этом средства отражения R' излученных электромагнитных волн Σ_e расположены на транспортном средстве V. 4. Устройство связи по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что средства передачи Е электромагнитных волн представляют собой средства передачи радиолокационного типа. 5. Устройство связи по любому из пп. 1-3, отличающееся тем, что излучаемые электромагнитные волны Σ_e и отраженные электромагнитные волны Σ_r представляют собой радиолокационные электромагнитные волны.