СИСТЕМА КОНТРОЛЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ПОДВИЖНОГО ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО СОСТАВА Российский патент 2005 года по МПК B61L25/02 G01S5/02 

Предлагаемое изобретение относится к измерительным системам и может быть использовано для контроля местоположения железнодорожных составов.

Известна система контроля местоположения подвижных объектов, например подвижного железнодорожного состава [1], в которой вдоль пути следования подвижного объекта развернута линия индуктивной радиосвязи, имеющая N (где N>3) проводников с периодом повторения Р, расположенных со сдвигом P/N. На каждый проводник подают N-фазный электрический ток с прямой или обратной последовательностью фаз. Две транспортные антенны подвижного объекта, расположенные на некотором расстоянии друг от друга вдоль линии радиосвязи, принимают от нее сигналы. По сдвигу фаз принимаемых сигналов определяют положение объекта. В системе линия радиосвязи разделена на небольшие интервалы, на которые разделен весь путь следования объекта. На каждом интервале периоды повторения отличаются.

Недостатком аналога является невозможность использования его при автоматическом управлении локомотивом.

Известна система контроля местоположения подвижного железнодорожного состава [2], содержащая n навигационных спутников, контрольно-корректирующую станцию, состоящую из последовательно соединенных приемной антенны, навигационного приемника, вычислителя поправок, модулятора, передатчика и передающей антенны, вычислителя параметра, соединенного со вторым входом вычислителя поправок, подвижный состав, состоящий из последовательно соединенных первой приемной антенны, навигационного приемника и корректора параметра, выход которого соединен с информационным входом навигационного приемника, последовательно соединенных второй приемной антенны, приемника и демодулятора, выход которого соединен со вторым входом корректора параметра, последовательно соединенных корректора скорости, вычислителя пути и вычислителя местоположения, датчика скорости, выход которого соединен с первым входом корректора скорости, блока памяти пути, выход которого соединен со вторым входом вычислителя местоположения, второй выход навигационного приемника соединен со вторым входом корректора скорости, третий выход навигационного приемника соединен со вторым входом вычислителя пути.

Данная система обеспечивает определение координат и скорости движения состава в широкой зоне действия с высокой точностью. Недостатком данной системы является отсутствие возможности ее использования при автоматическом управлении локомотивом.

В основу изобретения положена задача повышения безопасности движения поездов.

Поставленная задача решается тем, что система контроля местоположения подвижного железнодорожного состава, содержащая n навигационных спутников, контрольно-корректирующую станцию, состоящую из последовательно соединенных приемной антенны, навигационного приемника, вычислителя поправок, модулятора, передатчика и передающей антенны, вычислителя параметра, соединенного со вторым входом вычислителя поправок, подвижной состав, состоящий из последовательно соединенных приемной антенны спутниковых сигналов, навигационного приемника и корректора параметра, выход которого соединен со вторым входом навигационного приемника, последовательно соединенных приемной антенны, приемника и демодулятора, выход которого соединен со вторым входом корректора параметра, последовательно соединенных корректора скорости, вычислителя пути и вычислителя местоположения, датчика скорости, выход которого соединен с первым входом корректора скорости, блока памяти пути, выход которого соединен со вторым входом вычислителя местоположения, второй выход навигационного приемника соединен со вторым входом корректора скорости, третий выход навигационного приемника соединен со вторым входом вычислителя пути, согласно изобретению дополнительно содержит в контрольно-корректирующей станции блок ввода, выход которого соединен со вторым входом модулятора, в подвижном составе последовательно соединенные вычислитель перегона, вычислитель блока-участка и блок сопряжения, выход которого соединен с системой управления локомотива, блок памяти перегона, выход которого соединен с первым входом вычислителя перегона, второй вход которого соединен с выходом вычислителя местоположения, блок памяти блок-участка, выход которого соединен со вторым входом вычислителя блок-участка, третий вход которого соединен с выходом демодулятора.

Существенным отличием предлагаемого технического решения является введение в контрольно-корректирующею станцию блока ввода, а в подвижной состав - вычислителя перегона, вычислителя блок-участка, блока сопряжения, блока памяти перегона, блока памяти блок-участка.

Повышение точности определения местоположения железнодорожного состава достигается за счет автоматического определения параметров перегона, блок-участка и маршрута приема состава на станцию для автоматического управления локомотивом.

На фиг.1 представлена структурная схема системы контроля местоположения железнодорожного состава; на фиг.2 - схема варианта вычислительного блока; на фиг.3 - блок-схема алгоритма работы системы.

Система контроля местоположения подвижного железнодорожного состава (фиг.1) содержит n навигационных спутников 1₁, 1₂,..., 1_n, контрольно-корректирующую станцию 2, состоящую из последовательно соединенных приемной антенны спутниковых сигналов 3, навигационного приемника 4, вычислителя поправок 5, модулятора 6, передатчика 7 и передающей антенны 8, вычислителя параметра 9, соединенного со вторым входом вычислителя поправок 5, блока ввода 10, соединенного со вторым входом модулятора 6, и подвижный состав 11, состоящий из последовательно соединенных приемной антенны спутниковых сигналов 12, навигационного приемника 13 и корректора параметра 14, выход которого соединен со вторым входом навигационного приемника 13, последовательно соединенных приемной антенны 15, приемника 16 и демодулятора 17, первый выход которого соединен со вторым входом корректора параметра 14, последовательно соединенных корректора скорости 18, вычислителя пути 19, вычислителя местоположения 20, вычислителя перегона 21, вычислителя блок-участка 22 и блока сопряжения 23. датчика скорости 24, выход которого соединен с первым входом корректора скорости 18, блока памяти пути 25, выход которого соединен со вторым входом вычислителя местоположения 20, блока памяти перегона 26, выход которого соединен со вторым входом вычислителя перегона 21, блока памяти блок-участка 27, выход которого соединен со вторым входом вычислителя блок-участка 22, третий вход которого соединен со вторым выходом демодулятора 17, при этом второй и третий выходы навигационного приемника 13 соединены со вторыми входами соответственно корректора скорости 18 и вычислителя пути 19.

Принцип действия данной системы заключается в следующем.

На контрольно-корректирующей станции 2 (фиг.1) антенной 3 принимаются сигналы от навигационных спутников 1₁-1_n, например системы ГЛОНАСС, которые обрабатываются в навигационном приемнике 4. С выхода навигационного приемника 4 сигналы, в которых содержится информация о номерах спутников, времени приема навигационных сигналов, измеренных дальностях до соответствующих спутников 1₁-1_n (R₁, R₂...R_n), поступают в вычислитель поправок 5. С выхода вычислителя параметра 9 в вычислитель поправок 5 вводится информация об эталонных дальностях (R'₁, R'₂...R'_n) до соответствующих спутников 1₁-1_n, которые определяются в вычислителе параметра 9 по известным координатам контрольно-корректирующей станции 2. Разности измеренных и расчетных значений дальностей (поправок к дальностям) ΔR₁. ΔR₂...ΔR_n поступают с выхода вычислителя поправок 5 на модулятор 6. В передатчике 7 они преобразуются, усиливаются и антенной 8 излучаются сигналы, содержащие информацию о номерах спутников, времени приема навигационных сигналов, значениях радионавигационных параметров, необходимую для работы подвижного состава. С блока ввода 10 через модулятор 6 и передатчик 7 на подвижной состав 11 также передается информация о маршруте движения состава по станции, а именно о номере пути и скорости движения.

На подвижном составе 11 (фиг.1) сигналы с контрольно-корректирующей станции 2 принимаются антенной 15, усиливаются и преобразуются в приемнике 16, а затем выделяются на выходе демодулятора 17 сигналы, содержащие информацию о номере спутника, времени приема навигационного сигнала и поправках радионавигационных параметров ΔR₁, ΔR₂...ΔR_n, сформированных вычислителем поправок 5 контрольно-корректирующей станции 2. Данная информация вводится в корректор параметра 14. Антенной 12 принимаются сигналы навигационных спутников 1₁-1_n, которые обрабатываются в навигационном приемнике 13. С первого выхода навигационного приемника 13 сигналы, в которых содержится информация о времени приема навигационных сигналов, измеренных дальностях до соответствующих спутников 1₁-1_n, (R₁, R₂...R_n) поступают на второй вход корректора параметра 14. В корректоре параметра 14 по информации об измеренных дальностях (R₁, R₂...R_n) из навигационного приемника 13 и поправкам к дальностям (ΔR₁, ΔR₂...ΔR₁) из блока 17 вычисляются уточненные дальности от подвижного состава 11 до соответствующих спутников 1₁-1_n, (R'₁, R'₂...R'_n), значения которых поступают в навигационный приемник 13.

В навигационном приемнике 13 по информации, полученной с выхода корректора параметра 14, определяются с высокой точностью координаты, скорость подвижного состава 11.

С выхода датчика скорости 24, который фиксирует скорость движения V₁ локомотива по числу оборотов его колесной пары, сигнал поступает на первый вход корректора скорости 18. На второй вход корректора скорости 18 поступают данные о скорости V₂ движения состава 11 на основании измерения информационных параметров в навигационном приемнике 13. В корректоре скорости 18 определяется погрешность измерения скорости датчиком 24, т.е. ΔV=V₁-V₂, величина которой используется затем в корректоре скорости 18 для уточнений скорости движения V_c при отсутствии приема сигналов от навигационных спутников 1₁-1_n, например, в тоннелях. T.e. V_c=V₁-ΔV.

С выхода корректора скорости 18 информация о скорости V_c поступает на первый вход вычислителя пути 19. На второй вход вычислителя пути 19 поступают данные о текущем времени t от навигационного приемника 13, информация о моменте времени t_c, когда нарушается прием сигналов от навигационных спутников 1₁-1_n. например при въезде железнодорожного состава в тоннель, а также данные о координатах подвижного состава 11 для данного момента времени t_c. В вычислителе пути 19 по данным о скорости подвижного состава 11 (V_c) от блока 18 и данным о текущем времени t от блока 13 определяется пройденный составом путь от момента времени t_c по формуле П=V_c·t. Информация о пройденном пути П и координатах подвижного состава 11 для времени t_c поступает с выхода вычислителя пути 19 на первый вход вычислителя местоположения 20. На второй вход вычислителя местоположения 20 поступают данные от блока памяти пути 25. В блоке памяти пути 25 хранится информация о характере железнодорожного пути, например, в тоннеле (радиус кривизны, уклон пути, длина тоннеля и т.д.). В вычислителе местоположения 20 по информации от блока 25 и от блока 19 определяется местоположение подвижного состава 11 в тоннеле, полученные данные выводятся из вычислителя местоположения 20 в вычислитель перегона 21. По вычисленному местоположению и информации с блока памяти перегона 26 в вычислителе перегона 21 определяются параметры перегона, данные выводятся в вычислитель блок-участка 22. С выхода демодулятора 17 в вычислитель блок-участка 22 поступает также информация о маршруте движения состава по станции, а именно о номере пути и скорости движения. По информации с выхода демодулятора 17, вычислителя перегона 21 и блока памяти блок-участка 27 в вычислителе блок-участка 22 определяются параметры блок-участка и маршрут движения состава по станции. Полученная информация поступает в блок сопряжения 23 и затем в систему управления локомотива для индикации машинисту и для управления торможением и скоростью.

Алгоритмы расчета местоположения контрольно-корректирующей станции 2 и подвижного состава 11 по данным, полученным от навигационных спутников 1₁-1_n приведены, например, на с.46, 220 [3], на с.62 [6]. Алгоритмы расчета местоположения подвижного состава 11 с высокой точностью на основании информации, полученной на контрольно-корректирующей станции 2 и переданной на подвижной состав 11, приведены, например, на с.285-288 [3]. Алгоритмы расчета скорости движения подвижного состава 11 приведены на с.223, 235 [3].

Вычислитель поправок 5, вычислитель параметра 9, корректор параметра 14, корректор скорости 18, вычислитель пути 19, вычислитель местоположения 20, вычислитель перегона 21 и вычислитель блок-участка 22 могут быть реализованы на элементах "жесткой" (непрограммируемой) логики, так и на основе микропроцессора по типовой структуре, описанной, например, на с.203 [4].

Функциональная схема вычислительного устройства с программным вводом/выводом данных, приведенная на рис.10.8 [7], описана при реализации на микропроцессорном модуле 580 ИК 80.

Структурная схема варианта построения блоков 5, 9, 14, 18, 19, 20, 21, 22 приведена на фиг.2, где показано, например, подключение блоков 19 и 25 к входам блока 20. Дешифратор 28 обеспечивает выбор постоянного 29 или оперативного 30 запоминающих устройств, в которых программы, константы или текущая информация соответственно. Микропроцессорный модуль 31 выполняет обработку и обмен информацией в соответствии с блок-схемой (фиг.3) и связан с блоками 28-30 шиной адреса (ША) и с блоками 29, 30, 32, 33 информационной шиной данных (ШД), может иметь управляющие выходы с сигналами "чтение" и "запись" для управления постоянным 29 и оперативным 30 запоминающими устройствами соответственно, "вывод" - например, для вывода информации по шине ШД из блока 20 в блок 21, вход "запрос прерывания" для ввода информации по шине ШД в блок 20 от блока 19. Сигналы обращения (ввода) со стороны внешних блоков 19, 25 к вычислительному устройству 20 формируются путем дешифрирования кода адреса соответствующего регистра в дешифраторе 34 и конъюнкции его входных сигналов с сигналом "ввод" в элементах И 35-36. По выходным сигналам элементов И 35-36 производится запись информации из внешних блоков 19, 25 в регистры 32, 33.

При реализации блоков 5, 9, 14, 18, 19, 20, 21, 22 на базе микропроцессора К 580 микропроцессорный модуль 31 состоит из трех больших интегральных схем (БИС) - центрального процессора К580ИК80, системного контроллера К580ВК88, тактового генератора К580ГФ24.

Навигационные приемники 4, 13 могут быть выполнены в соответствии с рис.1.14 [5], рис.38 [6], рис.9.5 [3], рис.14.6, 14.7, 14.8 [8]. Реализация отдельных блоков аппаратуры, расположенной на контрольно-корректирующей станции 2 и подвижном составе 11, описана, например в [5, 6, 7].

Таким образом, можно заключить, что при использовании заявляемой системы контроля местоположения подвижного железнодорожного состава повышается безопасность движения поездов за счет автоматического определения параметров перегона, блок-участка и маршрута движения состава по станции, а именно номер пути и скорости движения. Также уменьшаются затраты, связанные с обслуживанием системы контроля местоположения подвижного железнодорожного состава за счет исключения основного количества напольных устройств и уменьшения погрешности определения местоположения подвижного состава, которая не превышает 1 м [3].

Литература

1. Патент Япония N 62-44226. Система контроля положения подвижных объектов./ Опубл. бюл. № 2, 1987.

2. Патент РФ № 2139215. Система контроля местоположения подвижного железнодорожного состава./ Опубл. бюл. № 15, 1999.

3. Сетевые спутниковые радионавигационные системы./ Под ред. B.C.Шебшаевича. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1993, с.283-288.

4. Балашов Е.П., Пузенков Д.В. Микропроцессоры и микропроцессорные системы. - М.: Радио и связь, 1990.

5. Цифровые радиоприемные системы./ Под ред. Жодзишского. - М.: Радио и связь, 1990 г.

6. Бортовые устройства спутниковой навигации./ Под ред. B.C.Шебшаевича. М.: Транспорт, 1988 г.

7. Проектирование импульсных и цифровых устройств радиотехнических систем./ Под ред. Ю.М.Казаринова. М.: Высшая школа, 1985 г.

8. Радиотехнические системы./ Под ред. Ю.М.Казаринова. М.: Высшая школа, 1990 г.

Изобретение относится к измерительным системам и может быть использовано для контроля местоположения железнодорожных составов. Технический результат заключается в повышении точности контроля и безопасности движения поездов. Система содержит n навигационных спутников, контрольно-корректирующую станцию, определяющую информацию о спутниках, необходимую для работы подвижного состава, который содержит навигационный приемник и вычислитель местоположения, контрольно-корректирующая станция дополнительно содержит блок ввода, выход которого соединен с вторым входом модулятора, в подвижной состав введены последовательно соединенные вычислитель перегона, вычислитель блок-участка и блок сопряжения, выход которого соединен с системой управления локомотива, блок памяти перегона, выход которого соединен с первым входом вычислителя перегона, второй вход которого соединен с выходом вычислителя местоположения, блок памяти блок-участка, выход которого соединен со вторым входом вычислителя блок-участка, третий вход которого соединен с выходом демодулятора. 3 ил.

Система контроля местоположения подвижного железнодорожного состава, содержащая n навигационных спутников, контрольно-корректирующую станцию, состоящую из последовательно соединенных приемной антенны, навигационного приемника, вычислителя поправок, модулятора, передатчика и передающей антенны, вычислителя параметра, соединенного со вторым входом вычислителя поправок, подвижной состав, состоящий из последовательно соединенных приемной антенны спутниковых сигналов, навигационного приемника и корректора параметра, выход которого соединен со вторым входом навигационного приемника, последовательно соединенных приемной антенны, приемника и демодулятора, выход которого соединен со вторым входом корректора параметра, последовательно соединенных корректора скорости, вычислителя пути и вычислителя местоположения, датчика скорости, выход которого соединен с первым входом корректора скорости, блока памяти пути, выход которого соединен со вторым входом вычислителя местоположения, второй выход навигационного приемника соединен со вторым входом корректора скорости, третий выход навигационного приемника соединен со вторым входом вычислителя пути, отличающаяся тем, что в контрольно-корректирующую станцию введен блок ввода, выход которого соединен со вторым входом модулятора, в подвижной состав введены последовательно соединенные вычислитель перегона, вычислитель блок-участка и блок сопряжения, выход которого соединен с системой управления локомотива, блок памяти перегона, выход которого соединен с первым входом вычислителя перегона, второй вход которого соединен с выходом вычислителя местоположения, блок памяти блок-участка, выход которого соединен со вторым входом вычислителя блок-участка, третий вход которого соединен с выходом демодулятора.