СПОСОБ СОВМЕЩЕННОЙ РАДИОСВЯЗИ И РАДИОНАВИГАЦИИ И УСТРОЙСТВО, ЕГО РЕАЛИЗУЮЩЕЕ, ДЛЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА Российский патент 2006 года по МПК B61L25/02 

Предлагаемые способ и устройство относятся к области железнодорожной автоматики, телемеханики, связи и могут быть использованы для обмена сообщениями между диспетчерским пунктом и поездом и определения параметров движения поезда непосредственно на диспетчерском пункте.

Известны раздельные способы и устройства радиосвязи и радионавигации, в том числе и спутниковые (авт.свид. СССР №1.267.257; патенты РФ №№2.049.693, 2.108.252; Петрович Н.П. Космическая радиосвязь. М. Сов. радио, 1977; Чуров Е.П. Спутниковые системы радионавигации. М. Сов. радио, 1977 и другие).

Из известных способов и устройств наиболее близкими к предлагаемым являются "Способ совмещенной радиосвязи и радионавигации и устройство, его реализующее, для железнодорожного транспорта" (патент РФ №2.108.252, В 61 L 25/02, 1996), которые и выбраны в качестве прототипов.

Указанные технические решения основаны на использовании дуплексного метода радиосвязи. Основное достоинство дуплексного метода радиосвязи состоит в том, что в нем исключается длина трассы прохождения сигнала. Поэтому его точность в основном зависит от параметров ретранслятора, устанавливаемого на борту локомотива, типа используемого сигнала и техники измерения временных интервалов.

В известных способе и устройстве используются простые сигналы, излучаемые и принимаемые на одной частоте, а для автоматического определения параметров движения поезда в качестве измерителя необходимо использовать контроллер, решающий систему двух уравнений: окружности и аппроксимирующего линию магистрали, что связано со значительными погрешностями и низкой помехоустойчивостью.

Кроме того, процессы обмена сообщениями между диспетчерским пунктом и локомотивом и определения параметров движения поезда на диспетчерском пункте разделены во времени, что не всегда экономично и целесообразно.

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей путем одновременного обмена сообщениями между диспетчерским пунктом и локомотивом и определения параметров движения поезда на диспетчерском пункте, а также повышения помехоустойчивости и точности определения параметров движения поезда, удаленного на большое расстояние от диспетчерского пункта, за счет использования геостационарного ИСЗ - ретранслятора, сложных сигналов с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией, их корреляционной обработки, передачи и приема информации на двух частотах.

Поставленная задача решается тем, что согласно способу совмещенной радиосвязи и радионавигации, заключающемуся в том, что между диспетчерским пунктом и локомотивом по дуплексному радиоканалу связи передают сообщения, в диспетчерский передатчик подают запросный видеоимпульсный навигационный сигнал, модулируют этим сигналом высокочастотное колебание диспетчерского передатчика, излучают модулированный сигнал, принимают и демодулируют его локомотивным приемником, полученный видеосигнал подают в локомотивный передатчик, модулируют этим сигналом высокочастотное колебание локомотивного передатчика, излучают модулированный сигнал, принимают и демодулируют его диспетчерским приемником, фиксируют задержку ответного видеоимпульсного навигационного сигнала относительного запросного, по полученной задержке в пропорциональном соотношении определяют дальность локомотива от диспетчерского пункта, являющуюся координатой локомотива на железнодорожной магистрали, а дифференцируя данную координату, находят скорость локомотива, используют в качестве запросного видеоимпульсного навигационного сигнала псевдослучайную последовательность, полученный сигнал с фазовой манипуляцией на частоте ω_с модулируют по амплитуде аналоговым сообщением m₁(t), полученный сложный сигнал с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитутной модуляцией преобразуют по частоте с использованием частоты ω_г1 первого гетеродина, выделяют сигнал первой промежуточной частоты ω_пр1=ω_с+ω_г1, усиливают его по мощности и излучают в направлении геостационарного ИСЗ - ретранслятора на частоте ω₁=ω_пp1, переизлучают с помощью указанного ретранслятора сложный сигнал с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией на частоте ω₁ в направлении локомотива, принимают и усиливают его по мощности локомотивным приемником, преобразуют по частоте с использованием частоты ω_г1 третьего гетеродина, выделяют сигнал второй промежуточной частоты ω_пр2=ω₁-ω_г1=ω_с, ограничивают его по амплитуде, полученный сигнал с фазовой манипуляцией используют в качестве опорного напряжения для синхронного детектирования сложного сигнала с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное аналоговому сообщению m₁(t), фиксируют и анализируют его, одновременно полученный сигнал с фазовой манипуляцией перемножают с напряжением третьего гетеродина, выделяют сигнал с фазовой манипуляцией на частоте ω_г2=ω_пр2+ω_г1, синхронно детектируют его с использованием частоты ω_г2 четвертого гетеродина, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное псевдослучайной последовательности, модулируют им по фазе высокочастотное колебание локомотивного передатчика на частоте ω_с, полученный сигнал с фазовой манипуляцией модулируют по амплитуде аналоговым сообщением m₂(t), полученный сложный сигнал с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией преобразуют по частоте с использованием частоты ω_г2 четвертого гетеродина, выделяют сигнал на разностной частоте ω_г2=ω_г2-ω_с, усиливают его по мощности и излучают в направлении геостационарного ИСЗ - ретранслятора, переизлучают с помощью указанного ретранслятора сложный сигнал с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией на частоте ω₂ в направлении диспетчерского пункта, принимают и усиливают его по мощности диспетчерским приемником, преобразуют по частоте с использованием частоты ω_г2 второго гетеродина, выделяют сигнал второй промежуточной частоты ω_пр2=ω_г2-ω₂, ограничивают его по амплитуде, полученный сигнал с фазовой манипуляцией используют в качестве опорного напряжения для синхронного детектирования сложного сигнала с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное аналоговому сообщению m₂(t), фиксируют и анализируют его, одновременно полученный сигнал с фазовой манипуляцией перемножают с напряжением второго гетеродина, выделяют сигнал с фазовой манипуляцией на разностной частоте ω_г1=ω_г2-ω_пр2, синхронно его детектируют с использованием частоты ω_г1 первого гетеродина, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное псевдослучайной последовательности, подвергают его и псевдослучайную последовательность корреляционной обработке.

Поставленная задача решается тем, что устройство совмещенной радиосвязи и радионавигации, содержащее расположенные на диспетчерском пункте и локомотиве приемопередатчики, при этом на диспетчерском пункте к входу передатчика подключен одним из выходов видеогенератор, второй вход измерителя дальности и скорости локомотива соединен с выходом приемника, а на локомотиве выход приемника соединен с входом передатчика через переключатель, снабжено геостационарным ИСЗ - ретранслятором с приемопередающей антенной, видеогенератор выполнен в виде генератора псевдослучайной последовательности, передатчик диспетчерского пункта выполнен в виде последовательно подключенных к первому выходу генератора псевдослучайной последовательности первого фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом первого генератора высокой частоты, первого амплитудного модулятора, второй вход которого соединен с выходом первого источника аналоговых сообщений, первого смесителя, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, усилителя первой промежуточной частоты, первого усилителя мощности и первой передающей антенны, приемник диспетчерского пункта выполнен в виде последовательно включенных первой приемной антенны, второго усилителя мощности, второго смесителя, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, первого усилителя второй промежуточной частоты, первого амплитудного ограничителя, первого синхронного детектора, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя второй промежуточной частоты и первого блока регистрации и анализа, последовательно подключенных к выходу первого амплитудного ограничителя первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, первого полосового фильтра, первого фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, второго блока памяти и блока корреляционной обработки, второй вход которого через первый блок памяти соединен с вторым выходом генератора псевдослучайной последовательности, а выход через измеритель дальности и скорости локомотива соединен с вторым входом первого блока регистрации и анализа, приемник локомотива выполнен в виде последовательно включенных второй приемной антенны, третьего усилителя мощности, третьего смесителя, второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина, второго усилителя второй промежуточной частоты, второго амплитудного ограничителя, второго синхронного детектора, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя второй промежуточной частоты и второго блока регистрации и анализа, последовательно подключенных к выходу второго амплитудного ограничителя второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина, второго полосового фильтра и второго фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом четвертого гетеродина, передатчик локомотива выполнен в виде последовательно включенных второго генератора высокой частоты, второго фазового манипулятора, второй вход которого через переключатель соединен с выходом второго фазового детектора, второго амплитудного модулятора, второй вход которого соединен с выходом второго источника аналоговых сообщений, четвертого смесителя, второй вход которого соединен с выходом четвертого гетеродина, усилителя разностной частоты, четвертого усилителя мощности и второй передающей антенны.

Структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, представлена на фиг.1. Геометрическая схема расположения геостационарного ИСЗ - ретранслятора 3, диспетчерского пункта 1 и локомотива 2 изображена на фиг.2. Возможный вид осциллограммы на экране электронно-лучевого индикатора показана на фиг.3. Частотная диаграмма, поясняющая процесс преобразования сигналов по частоте, представлена на фиг.4. Временные диаграммы, поясняющие сущность предлагаемых способа и устройства, изображены на фиг.3 и 6.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит диспетчерский пункт 1, локомотив 2 и геостационарный ИСЗ - ретранслятор 3 с приемопередающей антенной 4.

Диспетчерский пункт 1 содержит последовательно включенные генератор 5 псевдослучайной последовательности, первый фазовый манипулятор 7, второй вход которого соединен с выходом первого генератора 6 высокой частоты, первый амплитудный модулятор 9, второй вход которого соединен с выходом первого источника 8 аналоговых сообщений, первый смеситель 11, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 10, усилитель 12 первой промежуточной частоты, первый усилитель 13 мощности и первую передающую антенну 14, последовательно включенные первую приемную антенну 15, второй усилитель 16 мощности, второй смеситель 18, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 17, первый усилитель 19 второй промежуточной частоты, первый амплитудный ограничитель 20, первый синхронный детектор 21, второй вход которого соединен с выходом усилителя 19 второй промежуточной частоты, и первый блок 29 регистрации и анализа, последовательно подключенные к выходу амплитудного ограничителя 20 первый перемножитель 22, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 17, первый полосовой фильтр 23, первый фазовый детектор 24, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 10, второй блок 26 памяти, блок 27 корреляционной обработки, второй вход которого через первый блок 25 памяти соединен с вторым выходом генератора 5 псевдослучайной последовательности, измеритель 28 дальности и скорости локомотива, второй вход которого соединен с выходом блока 26 памяти, а выход подключен к второму входу блока 29 регистрации и анализа.

Генератор 6 высокой частоты, фазовый манипулятор 7, источник 8 аналоговых сообщений, амплитудный модулятор 9, гетеродин 10, смеситель 11, усилитель 12 первой промежуточной частоты, усилитель 13 мощности и передающая антенна 14 образуют передатчик диспетчерского пункта 1.

Приемная антенна 15, усилитель 16 мощности, гетеродин 17, смеситель 18, усилитель 19 второй промежуточной частоты, амплитудный ограничитель 20, синхронный детектор 21, перемножитель 22, полосовой фильтр 23, фазовый детектор 24, блоки 25 и 26 памяти, блок 27 корреляционной обработки и блок 29 регистрации и анализа образуют приемник диспетчерского пункта 1.

Приемник локомотива 2 содержит последовательно включенные вторую приемную антенну 30, третий усилитель 31 мощности, третий смеситель 33, второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина 32, второй усилитель 34 второй промежуточной частоты, второй амплитудный ограничитель 35, второй синхронный детектор 36, второй вход которого соединен с выходом усилителя 34 второй промежуточной частоты и второй блок 39 регистрации и анализа, последовательно подключенные к выходу амплитудного ограничителя 35, второй перемножитель 37, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 32, второй полосовой фильтр 38 и второй фазовый детектор 40, второй вход которого соединен с выходом четвертого гетеродина 46.

Передатчик локомотива 2 содержит последовательно включенные второй генератор 42 высокой частоты, второй фазовый манипулятор 43, второй вход которого через переключатель 41 соединен с выходом фазового детектора 40, второй амплитудный модулятор 45, второй вход которого соединен с выходом второго источника 44 аналоговых сообщений, четвертый смеситель 47, второй вход которого соединен с выходом четвертого гетеродина 46, усилитель 48 разностной частоты, четвертый усилитель 49 мощности и вторую передающую антенну 50.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом.

На диспетчерском пункте 1 с помощью генератора 6 формируется высокочастотное колебание (фиг.5,а)

U_c(t)=υ_c*Cos(ω_ct+ϕ_c), 0≤t≤Т_с,

где υ_с, ω_с, ϕ_с, Т_с - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность высокочастотного колебания;

которое поступает на первый вход фазового манипулятора 7, на второй вход которого подается модулирующий код M(t), представляющий собой псевдослучайную последовательность (ПСП) (фиг.5,б). На выходе фазового манипулятора 7 образуется сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн) (фиг.5,в)

U₁(t)=υ_c*Cos[ω_ct+ϕ_k(t)+ϕ_c], 0≤t≤T_c,

где ϕ_k(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t) (фиг.5,б), причем ϕ_k(t)=Const при k*τ_э<t<(к+1)*τ_э и может изменяться скачком при t=k*τ_э, т.е. на границах между элементарными посылками (k=1, 2, ..., N-1);

τ_э, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Т_с(Т_с=N*τ_э);

который поступает на вход амплитудного модулятора 9. На второй вход последнего подаются аналоговые сообщения m₁(t) с выхода источника 8 аналоговых сообщений (фиг.5,г). На выходе амплитудного модулятора 9 образуется сложный сигнал с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией (ФМн - AM) (фиг.5,д)

U₂(t)=υ_c[1+m₁(t)]*Cos[ω_ct+ϕ_k(t)+ϕ_c], 0≤t≤T_c,

где m₁(t) - модулирующая функция амплитудной модуляции, отображающая структуру аналоговых сообщений;

который поступает на первый вход смесителя 11, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 10

U_г1(t)=υ_г1*Cos(ω_г1t+ϕ_г1).

На выходе смесителя 11 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 12 выделяется напряжение первой промежуточной (суммарной) частоты (фиг.5,е)

U_пp1(t)=υ_пр1[1+m₁(t)]*Cos[ω_пр1t+ϕ_k(t)+ϕ_пр1], 0≤t≤Т_с,

где υ_пр1=¹/₂К₁*υ_c*υ_г1;

K₁ - коэффициент передачи смесителя;

ω_пр1=ω_с+ω_г1 - первая промежуточная (суммарная) частота (фиг.4);

ϕ_пр1=ϕ_с+ϕ_г1.

Это напряжение представляет собой сложный ФМн - AM - сигнал на первой промежуточной частоте ω_пр1 и после усиления по мощности в усилителе 13 мощности излучается передающей антенной 14 на частоте ω₁=ω_пр1 в направлении геостационарного ИСЗ - ретранслятора 3 с приемопередающей антенной 4. Последний принимает данный сигнал и переизлучает его на той же частоте ω₁ в направлении движущегося локомотива 2.

Сложный ФМн - AM - сигнал U_пр1(t) улавливает приемной антенной 30 локомотива 2 и через усилитель 31 мощности поступает на первый вход смесителя 33, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 32

U_г1(t)=υ_г1*Cos(ω_г1t+ϕ_г1).

На выходе смесителя 33 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 34 выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частоты (фиг.5)

U_пр2(t)=υ_пр2[1+m₁(t)]*Cos[ω_пр2t+ϕ_k(t)+ϕ_пр2], 0≤t≤Т_с,

где υ_пр2=¹/₂К₁*υ_пр1*υ_г1;

ω_пр2=ω_пр1-ω_г1 - вторая промежуточная (разностная) частота;

ϕ_пр2=ϕ_пр1-ϕ_г1.

Это напряжение поступает на первый информационный вход синхронного детектора 36 и на вход амплитудного ограничителя 35, на выходе которого образуется напряжение (фиг.5,з)

U₃(t)=υ₀*Cos[ω_пр2t-ϕ_k(t)+ϕ_пр2], 0≤t≤Т_с,

где υ₀ - порог ограничения.

Это напряжение представляет собой ФМн-сигнал на второй промежуточной частоте ω_пр2, используется в качестве опорного напряжения и подается на второй (опорный) вход синхронного детектора 36. На выходе последнего образуется низкочастотное напряжение (фиг.5,и)

U_н1(t)=υ_н1[1+m₁(t)],

где υ_н1=¹/₂К₂*υ_пр2*υ₀;

К₂ - коэффициент передачи синхронного детектора;

пропорциональное модулирующей функции m₁(t), которое фиксируется и анализируется блоком 39 регистрации и анализа.

Одновременно ФМн-сигнал из(1) (фиг.5,з) с выхода амплитудного ограничителя 35 поступает на первый вход перемножителя 37, на второй вход которого подается напряжение U_г2(t) гетеродина 32. На выходе перемножителя 37 образуется следующее напряжение (фиг.5,к)

U₄(t)=υ₄*Cos[ω_г2t+ϕ_k(t)+ϕ_г2], 0≤t≤Т_c,

где υ₄=¹/₂К₃*υ₀*υ_г1;

ω_г2=ω_пр2+ω_г1;

К₃ - коэффициент передачи перемножителя;

ϕ_г2=ϕ_пр2+ϕ_г1.

которое выделяется полосовым фильтром 38 и поступает на первый вход фазового детектора 40, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 46

U_г2(t)=υ_г2*Cos(ω_г2t+ϕ_г2),

На выходе фазового детектора 40 образуется низкочастотное напряжение (фиг.5,л)

U_н2(t)=υ_н2*Cos ϕ_k(t), 0≤t≤Т_с,

где υ_н2=¹/₂К₄*υ₄*υ_г2;

К₄ - коэффициент передачи синхронного детектора;

пропорциональное модулирующему коду M(t) (фиг.5,б).

На локомотиве 2 с помощью генератора 42 формируется высокочастотное колебание (фиг.6,а)

U_с2(t)=υ_с*Cos(ω_сt+ϕ_с), 0≤t≤Т_с,

которое поступает на первый вход фазового манипулятора 43, на второй вход которого через переключатель 41 подается низкочастотное напряжение U_н2(t) (фиг.6,б), пропорциональное модулирующему коду M(t) (фиг.5,б). На выходе фазового манипулятора 43 образуется ФМн-сигнал (фиг.6,в)

U₅(t)=υ_с*Cos[ω_ct+ϕ_k(t)+ϕ_c], 0≤t≤T_c,

который поступает на вход амплитудного модулятора 45. На второй вход последнего подаются аналоговые сообщения m₂(t) с выхода источника 44 аналоговых сообщений (фиг.6,г). На выходе амплитудного модулятора 45 образуется сложный ФМн - AM - сигнал (фиг.6,д)

U₆(t)=υ_c[1+m₂(t)]*Cos[ω_ct+ϕ_k(t)+ϕ_c], 0≤t≤T_c,

который поступает на первый вход смесителя 47. На второй вход последнего подается напряжение гетеродина 46 U_г2(t). На выходе смесителя 47 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 48 выделяется напряжение разностной частоты (фиг.6,е)

U_p(t)=υ_p[1+m₂(t)]*Cos[ω₂t+ϕ_k(t)+ϕ₂], 0≤t≤T_c,

где υ_p=¹/₂ K₁*υ_c*υ_г2;

ω₂=ω_г2-ω_c - разностная частота;

ϕ₂=ϕ_г2-ϕ_с.

Это напряжение представляет собой ФМн - AM - сигнал на разностной частоте ω₂ (фиг.4) и после усиления в усилителе 49 мощности излучается передающей антенной 50 в направлении геостационарного ИСЗ - ретранслятора 3 с приемопередающей антенной 4. Последний принимает данный сигнал и переизлучает его на той же частоте ω₂ в направлении диспетчерского пункта 1.

Сложный ФМн - AM - сигнал U_p(t) улавливается приемной антенной 15 и через усилитель 16 мощности поступает на первый вход смесителя 18, на второй вход которого подается напряжение U_г2(t) гетеродина 17

U_г2(t)=υ_г2*Cos(ω_г2t+ϕ_г2),

На выходе смесителя 18 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 19 выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частоты (фиг.6,ж)

U_пp3(t)=υ_пр3[1+m₂(t)]*Cos[ω_пр2t+ϕ_k(t)+ϕ_пр3], 0≤t≤Т_с,

где υ_пр3=¹/₂ К₁*υ_р*υ_г2;

ω_пр2=ω_г2-ω₂ - вторая промежуточная (разностная) частота;

ϕ_пр3=ϕ_г2-ϕ₂.

Это напряжение поступает на первый информационный вход синхронного детектора 21 и на вход амплитудного ограничителя 20, на выходе которого образуется напряжение (фиг.6,з)

U₇(t)=υ₀*Cos[ω_пр2t+ϕ_k(t)+ϕ_пр2], 0≤t≤Т_с,

где υ₀ - порог ограничения.

Это напряжение представляет собой ФМн-сигнал на второй промежуточной частоте ω_пр2, используется в качестве опорного напряжения и подается на второй (опорный) вход синхронного детектора 21. На выходе последнего образуется низкочастотное напряжение (фиг.6,и)

U_н3(t)=υ_н3[1+m₂(t)], 0≤t≤Т_с,

где υ_н3=¹/₂ К₂*υ_пр3*υ₀;

пропорциональное модулирующей функции m₂(t), которое фиксируется и анализируется блоком 29 регистрации и анализа.

Одновременно ФМн-сигнал U₇(t) (фиг.6,з) с выхода амплитудного ограничителя 20 поступает на первый вход перемножителя 22, на второй вход которого подается напряжение U_г2(t) гетеродина 17. На выходе перемножителя 22 образуется следующее напряжение (фиг.6,к)

U₈(t)=υ₈*Cos [ω_г1+ϕ_k(t)+ϕ_г1], 0≤t≤Т_с,

где υ₈=¹/₂ К₃*υ₀*υ_г2;

ω_г1=ω_г2-ω_пр2;

ϕ_г1=ϕ_г2-ϕ_пр2,

которое выделяется полосовым фильтром 23 и поступает на первый вход фазового детектора 24, на второй вход которого подается напряжение U_г1(t) гетеродина 10. На выходе фазового детектора 24 образуется низкочастотное напряжение (фиг.6,л)

U_н4(t)=υ_н4*Cos ϕ_k(t), 0≤t≤Т_c,

где υ_н4=¹/₂ К₄*υ₈*υ_г1;

пропорциональное модулирующему коду M(t) (фиг.5,6).

Модулирующий код M(t) (фиг.5,6) и его аналог U_н4(t) (фиг.6,л) регистрируются в блоках памяти 25 и 26 соответственно.

Корреляционная обработка этих зарегистрированных сигналов в блоке 27 позволяет определить время задержки τ ответной ПСП относительно запросной ПСП и соответствующую частоту интерференции F, которая определяет производную этой задержки

где

Измеритель 28 предназначен для определения дальности от диспетчерского пункта до локомотива и скорости последнего.

В простейшем случае это может быть электронно - лучевой индикатор секторного или кругового обзора. Вследствие задержки ретранслированного приемопередатчиком локомотива ответного сигнала на время τ на экране такого индикатора вычерчивается развертываемым лучом дуга, радиус которой в определенном масштабе (фиг.3) отображает дальность от диспетчерского пункта до локомотива, равную

d=c*τ/2,

где c - скорость распространения радиоволн.

Если на экран нанести в том же масштабе линию магистрали, которой движется поезд, то пересечение этой линии с указанной выше дугой даст координату поезда, а его скорость можно определить как разность двух его координат в единицу времени.

Для автоматизации определения параметров движения поезда в качестве измерителя может использоваться контроллер, решающий систему двух уравнений: окружности и аппроксимирующего линию магистрали:

где х, у - координаты поезда;

x₀, y₀ - координаты диспетчерского пункта (центр окружности);

t - текущее время.

При наличии в линии связи геостационарного ИСЗ-ретранслятора определяется расстояние от него до локомотива. В этом случае также необходимо решать систему двух уравнений, подобную выше приведенной, но первое из этих уравнений в трехмерном пространстве должно быть уравнением сферы:

Скорость поезда (локомотива) определяется путем дифференцирования в контроллере текущей координаты локомотива.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство по сравнению с прототипами и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивают одновременный обмен сообщениями между диспетчерским пунктом и локомотивом и определение параметров движения поезда на диспетчерском пункте, а также повышение помехоустойчивости и точности определения параметров движения поезда, удаленного на большое расстояние от диспетчерского пункта. Это достигается путем использования геостационарного ИСЗ-ретранслятора, сложных сигналов с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляций на одной несущей частоте, их корреляционной обработки, передачи и приема информации на двух частотах.

Сложные сигналы с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией обладают высокой энергетической и структурной скрытностью.

Энергетическая скрытность данных сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени и по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого сложный сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами и помехами. Причем энергия сложного сигнала отнюдь не мала, она просто распределена по частотно-временной области так, что в каждой точке этой области мощность сигнала меньше мощности шумов и помех.

Неструктурная скрытность сложных ФМн - AM - сигналов обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку сложных сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемника.

Сигналы со сложной структурой открывают новые возможности и в технике передачи сообщений. Указанные сигналы позволяют применять новый вид селекции - структурную селекцию.

Это значит, что появляется новая возможность разделять сигналы, действующие в одной и той же полосе частот и в одни и те же промежутки времени.

Тем самым функциональные возможности известных способа и устройства расширены.

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики, телемеханики, связи и предназначено для использования при обмене сообщениями между диспетчерским пунктом и поездом и определении параметров движения поезда непосредственно на диспетчерском пункте. В способе имеют место ретрансляция сигналов с помощью геостационарного искусственного спутника Земли, применение сложных сигналов с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией, их корреляционная обработка, передача и прием информации на двух частотах. Устройство содержит геостационарный ИСЗ - ретранслятор с приемопередающей антенной, генератор псевдослучайной последовательности, генераторы высокой частоты, фазовые манипуляторы, гетеродины, смесители, источники аналоговых сообщений, амплитудные модуляторы, усилитель первой промежуточной частоты, усилители мощности, передающие и приемные антенны, приемные антенны, усилители второй промежуточной частоты, амплитудные ограничители, синхронные детекторы, перемножители, полосовые фильтры, фазовые детекторы, блоки памяти, блок корреляционной обработки, измеритель дальности и скорости локомотива, блоки регистрации и анализа, переключатель, усилитель разностной частоты. Изобретение обеспечивает одновременный обмен сообщениями между диспетчерским пунктом и локомотивом и определение параметров движения поезда на диспетчерском пункте, а также повышение помехоустойчивости и точности определения параметров движения поезда, удаленного на большое расстояние от диспетчерского пункта. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

1. Способ совмещенной радиосвязи и радионавигации, заключающийся в том, что между диспетчерским пунктом и локомотивом по дуплексному радиоканалу связи передают сообщения, в диспетчерский передатчик подают запросный видеоимпульсный навигационный сигнал, модулируют этим сигналом высокочастотное колебание диспетчерского передатчика, излучают модулированный сигнал, принимают и демодулируют его локомотивным приемником, полученный видеосигнал подают в локомотивный передатчик, модулируют этим сигналом высокочастотное колебание локомотивного передатчика, излучают модулированный сигнал, принимают и демодулируют его диспетчерским приемником, фиксируют задержку ответного видеоимпульсного навигационного сигнала относительного запросного, по полученной задержке в пропорциональном соотношении определяют дальность локомотива от диспетчерского пункта, являющуюся координатой локомотива на железнодорожной магистрали, а, дифференцируя данную координату, находят скорость поезда, отличающийся тем, что используют в качестве запросного видеоимпульсного навигационного сигнала псевдослучайную последовательность, полученный сигнал с фазовой манипуляцией на частоте ω_с модулируют по амплитуде аналоговым сообщением m₁(t), полученный сложный сигнал с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией преобразуют по частоте с использованием частоты ω_г1 первого гетеродина, выделяют сигнал первой промежуточной частоты ω_пр1=ω_с+ω_г1, усиливают его по мощности и излучают в направлении геостационарного искусственного спутника Земли - ретранслятора на частоте ω₁=ω_пp1, переизлучают с помощью указанного ретранслятора сложный сигнал с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией на частоте ω₁ в направлении локомотива, принимают и усиливают его по мощности локомотивным приемником, преобразуют по частоте с использованием частоты ω_г1 третьего гетеродина, выделяют сигнал второй промежуточной частоты ω_пр2=ω₁-ω_г1=ω_c, ограничивают его по амплитуде, полученный сигнал с фазовой манипуляцией используют в качестве опорного напряжения для синхронного детектирования сложного сигнала с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляции, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное аналоговому сообщению m₁(t), фиксируют и анализируют его, одновременно полученный сигнал с фазовой манипуляцией перемножают с напряжением третьего гетеродина, выделяют сигнал с фазовой манипуляцией на частоте ω_г2=ω_пр2+ω_г1, синхронно детектируют его с использованием частоты ω_г2 четвертого гетеродина, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное псевдослучайной последовательности, модулируют им по фазе высокочастотное колебание локомотивного передатчика на частоте ω_с, полученный сигнал с фазовой манипуляцией модулируют по амплитуде аналоговым сообщением m₂(t), полученный сложный сигнал с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией преобразуют по частоте с использованием частоты ω_г2 четвертого гетеродина, выделяют сигнал на разностной частоте ω₂=ω_г2-ω_c, усиливают его по мощности и излучают в направлении геостационарного искусственного спутника Земли - ретранслятора, переизлучают с помощью указанного ретранслятора сложный сигнал с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией на частоте ω₂ в направлении диспетчерского пункта, принимают и усиливают его по мощности диспетчерским приемником, преобразуют по частоте с использованием частоты ω_г2 второго гетеродина, выделяют сигнал второй промежуточной частоты ω_пр2=ω_г2-ω₂, ограничивают его по амплитуде, полученный сигнал с фазовой манипуляцией используют в качестве опорного напряжения для синхронного детектирования сложного сигнала с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное аналоговому сообщению m₂(t), фиксируют и анализируют его, одновременно полученный сигнал с фазовой манипуляцией перемножают с напряжением второго гетеродина, выделяют сигнал с фазовой манипуляцией на разностной частоте ω_г1=ω_г2-ω_пр2, синхронно его детектируют с использованием частоты ω_г1 первого гетеродина, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное псевдослучайной последовательности, подвергают его и псевдослучайную последовательность корреляционной обработке.2. Устройство совмещенной радиосвязи и радионавигации, содержащее расположенные на диспетчерском пункте и локомотиве приемопередатчики, при этом на диспетчерском пункте к входу передатчика подключен одним из выходов видеогенератор, второй вход измерителя дальности и скорости локомотива соединен с выходом приемника, а на локомотиве выход приемника соединен с входом передатчика через переключатель, отличающееся тем, что оно снабжено геостационарным искусственным спутником Земли - ретранслятором с приемопередающей антенной, видеогенератор выполнен в виде генератора псевдослучайной последовательности, передатчик диспетчерского пункта выполнен в виде последовательно подключенных к первому выходу генератора псевдослучайной последовательности первого фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом первого генератора высокой частоты, первого амплитудного модулятора, второй вход которого соединен с выходом первого источника аналоговых сообщений, первого смесителя, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, усилителя первой промежуточной частоты, первого усилителя мощности и первой передающей антенны, приемник диспетчерского пункта выполнен в виде последовательно включенных первой приемной антенны, второго усилителя мощности, второго смесителя, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, первого усилителя второй промежуточной частоты, первого амплитудного ограничителя, первого синхронного детектора, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя второй промежуточной частоты, и первого блока регистрации и анализа, последовательно подключенных к выходу первого амплитудного ограничителя первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, первого полосового фильтра, первого фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, второго блока памяти и блока корреляционной обработки, второй вход которого через первый блок памяти соединен с вторым выходом, генератора псевдослучайной последовательности, а выход через измеритель дальности и скорости локомотива соединен с вторым входом первого блока регистрации и анализа, приемник локомотива выполнен в виде последовательно включенных второй приемной антенны, третьего усилителя мощности, третьего смесителя, второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина, второго усилителя второй промежуточной частоты, второго амплитудного ограничителя, второго синхронного детектора, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя второй промежуточной частоты, и второго блока регистрации и анализа, последовательно подключенных к выходу второго амплитудного ограничителя второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина, второго полосового фильтра и второго фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом четвертого гетеродина, передатчик локомотива выполнен в виде последовательно включенных второго генератора высокой частоты, второго фазового манипулятора, второй вход которого через переключатель соединен с выходом второго фазового детектора, второго амплитудного модулятора, второй вход которого соединен с выходом второго источника аналоговых сообщений, четвертого смесителя, второй вход которого соединен с выходом четвертого гетеродина, усилителя разностной частоты, четвертого усилителя мощности и второй передающей антенны.