Способ материально-технического обеспечения управления местоположением транспортного средства при восстановлении объектов инфраструктуры и система для его реализации Российский патент 2020 года по МПК G08G1/00 G01S1/02 B61L1/02 B61L25/02 

Предлагаемые технические решения относятся к базирующейся на глобальной системе местоопределения системе управления материально-техническим обеспечением с использованием подвижных объектов, в качестве которых могут быть космические, воздушные, водные и наземные транспортные средства.

Область управления материально-техническим обеспечением относительно объемна и включает в себя широкий спектр систем слежения за операциями материально-технического обеспечения различными видами материалов, управления ими и информирования о них. Важными, видами материально-технического обеспечения являются, например, погрузочно-разгрузочные операции, осуществляемые в области транспортировки строительных материалов и изделий, ответственных строительных конструкций, средств механизации, технологического оборудования.

Первостепенной задачей многих систем управления материально-техническим обеспечением является их автоматизация. В результате широкого применения аппаратных и программных средств ЭВМ в области материально-технического обеспечения была достигнута относительно высокая степень его автоматизации. Так существуют компьютеризованные системы управления погрузочно-разгрузочными операциями.

Современным достижением в области управления перемещением транспортных средств стала глобальная система местоопределения. Системы управления перемещением транспортных средств на базе глобальной системы местоопределения широко используются, в частности, в области коммерческих перевозок. Известные из техники на данный момент системы дают информацию о местоположении с относительно высокой степенью точности.

С помощью существующего на сегодняшний день промышленно производимого оборудования координаты глобального местоположения могут быть получены с точностью до нескольких сантиметров.

Известны способы и системы материально-технического обеспечения транспортных средств (авт. свид. СССР №№930254, 1233105, 1276594, 1722999, 1780080; патенты РФ №№2094853, 2113012, 2122239, 2172524, 2258909, 2425423, 2435228, 2490197, 2588339; патенты США №№5390125, 5574648; патент Франции №2438877; патенты Японии №№08-030829, 09-204599 и другие).

Из известных способов и систем наиболее близкими к предлагаемым являются «Способ материально-технического обеспечения с управлением местоположением транспортного средства и система для его реализации» (патент РФ №2588339, G08G 99/00, 2014), которые и выбраны в качестве базовых объектов.

Однако в приемниках первого 11.1 и второго 11.2 модемов одно и то же значение второй промежуточной частоты ω_пр2 может быть получено в результате приема сигналов на частотах ω₁, ω₂, ω_з1 и ω_з2, т.е.

ω_пр2=ω₁-ω_г1, ω_пр2=ω_г1-ω_з1,

ω_пр2=ω_г2-ω₂, ω_пр2=ω_з2-ω_г2,

Следовательно, если частоты настройки ω₁ и ω₂ принять за основные каналы приема, то наряду с ними будут иметь место зеркальные каналы приема, частоты ω_з1 и ω_з2 которых отличаются от частот ω₁ и ω₂ на 2ω_пр2 и расположены симметрично (зеркально) относительно частот первого ω_г1 и второго ω_г2 гетеродинов (фиг. 4) Преобразование по зеркальным каналам приема происходит с тем же коэффициентом преобразования К_пр, что и по основным каналам. Поэтому они наиболее существенно влияют на избирательность и помехоустойчивость приемников.

Кроме зеркальных существуют и другие дополнительные (комбинационные) каналы приема. В общем виде любой комбинационный канал приема имеет место при выполнении следующих условий:

ω_пр2 = | ± mω_ki ± nω_г1 |,

ω_пр2 = | ± mω_kj ± nω_г2 |,

где ω_ki, ω_kj - частоты i-го и j-го комбинационных каналов приема;

m, n, i, j - целые положительные числа.

Наиболее вредными комбинационными каналами приема являются каналы, образующиеся при взаимодействии первой гармоники частоты сигнала с гармониками частот гетеродинов малого порядка (второй, третьей), так как чувствительность приемников по этим каналам близка к чувствительности приемников по основным каналам. Так, четырем комбинационным каналам при m=1 и n=2 соответствуют частоты:

ω_k1 = 2ω_г1 - ω_пр2, ω_k2 = 2ω_г1 + ω_пр2,

ω_k3 = 2ω_г2 - ω_пр2, ω_k4 = 2ω_г2 + ω_пр2,

где 2ω_г1, 2ω_г2 - вторые гармоники частот первого и второго гетеродинов.

Наличие ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам, приводит к снижению помехоустойчивости и надежности дуплексной радиосвязи между транспортным средством и пунктом контроля.

Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости и надежности дуплексной радиосвязи между транспортным средством и пунктом контроля путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам.

Поставленная задача решается тем, что способ материально-технического обеспечения управления местоположением транспортного средства при восстановлении объектов инфраструктуры, в ходе осуществления которого на транспортном средстве устанавливают приемное устройство глобальной системы позиционирования, загружают сыпучий материал в транспортное средство, программируют бортовой микропроцессор командами о разгрузке материала и координатами местоположения в глобальной системе позиционирования, в которой должна произойти названная операция разгрузки, принимают сигналы глобальной системы позиционирования при помощи приемного устройства, сравнивают координаты местоположения в глобальной системе позиционирования, принятые приемным устройством, с координатами в глобальной системе позиционирования, соответствующими положению, в котором должна произойти названная операция разгрузки, и выгружают названный материал из транспортного средства, между транспортным средством и диспетчерским пунктом контроля, координаты которого определяют в результате прецизионной геодезической съемки, устанавливают дуплексную радиосвязь с использованием двух частот ω₁, ω₂ сложных сигналов с фазовой манипуляцией, на транспортном средстве и диспетчерском пункте контроля формируют высокочастотное колебание на частоте ω_с, манипулируют его по фазе модулирующим кодом, сформированный сложный сигнал с фазовой манипуляцией преобразуют по частоте с использованием частоты ω_г1 первого гетеродина, выделяют напряжение первой промежуточной частоты ω_пр1=ω_с+ω_г1, усиливают его по мощности, излучают в эфир, принимают на другом объекте, усиливают по мощности, преобразуют по частоте с использованием частоты ω_г1 второго гетеродина, выделяют напряжение второй промежуточной частоты ω_пр2=ω_пр1-ω_г1=ω_c, перемножают с напряжением второго гетеродина с частотой ω_г1, выделяют сложный сигнал с фазовой манипуляцией на частоте ω_г2 первого гетеродина, осуществляют его синхронное детектирование с использованием напряжения первого гетеродина с частотой ω_г2 в качестве опорного напряжения, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное модулирующему коду, регистрируют и анализируют его, при этом на транспортном средстве сложные сигналы с фазовой манипуляцией излучают на частоте ω₁=ω_пр1=ω_г2, а принимают на частоте ω₂=ω_пр3=ω_г1, где ω_пр3 - третья промежуточная частота, а на диспетчерском пункте контроля, наоборот, сложные сигналы с фазовой манипуляцией излучают на частоте ω₂, а принимают - на частоте ω₁, частоты ω_г1 и ω_г2 гетеродинов разносят на значение второй промежуточной частоты ω_г2-ω_г1=ω_пр2, в модулирующий код M₁(t) на транспортном средстве включают идентификационный номер транспортного средства, его местоположение и параметры, определяющие техническое состояние его бортовых систем, в модулирующий код М₂(t) диспетчерского пункта контроля включают команды на управление бортовыми системами транспортного средства, одновременно на транспортном средстве принимают GPS-сигнал на частоте ω₃, усиливают его по мощности, преобразуют по частоте с использованием напряжения второго гетеродина с частотой ω_г2, выделяют напряжение второй промежуточной частоты ω_пр2=ω₃-ω_г2, перемножают его с напряжением второго гетеродина с частотой ω_г2, выделяют GPS-сигнал на частоте ω_г1 первого гетеродина, выделяют низкочастотное напряжение, используют его для определения местоположения транспортного средства и передают информацию о местоположении транспортного средства на диспетчерский пункт контроля, отличается от ближайшего аналога тем, что на пункте контроля принимаемый сигнал на частоте ω₁=ω_пр1=ω_г2 и напряжение гетеродина на частоте ω_г2 подают на колебательный контур, выделяют его выходное напряжение, детектируют и сравнивают с пороговым напряжением U_пор и в случае его превышения, что свидетельствует о явлении резонанса в колебательном контуре, разрешают перемножение напряжения второй промежуточной частоты ω_пр2=ω_пр1-ω_г1 с напряжением гетеродина с частотой ω_г1, а на транспортном средстве принимаемый сигнал на частоте ω₂=ω_пр3=ω_г1 и напряжение гетеродина на частоте ω_г1 подавляют на колебательный контур, выделяют его выходное напряжение, детектируют и сравнивают с пороговым напряжением U_пор и в случае его превышения, что свидетельствует о явлении резонанса в колебательном контуре, разрешают перемножение напряжения второй промежуточной частоты ω_пр2=ω_г2-ω_пр3 с напряжением гетеродина с частотой ω_г2.

Поставленная задача решается тем, что система материально-технического обеспечения управления местоположением транспортного средства при восстановлении объектов инфраструктуры, содержащая, в соответствии с ближайшим аналогом, железнодорожный вагон для перевозки по железнодорожному пути, погрузки и разгрузки сыпучего материала, глобальную систему местоопределения, спутники, панель солнечной батареи из фотоэлектрических преобразователей, установленную на вагон и электрически соединенную с источником электропитания, исполнительные устройства, приемник GPS-сигналов и микропроцессор, оборудованный электронной памятью для хранения данных, соответствующих местоположениям вагона, отображенным координатами глобальной системы позиционирования, и снабженный программой команд о разгрузке материала в зависимости от местоположения вагона, два модема, первый из которых размещен на транспортном средстве, а второй на диспетчерском пункте контроля, причем каждый модем содержит последовательно включенные микропроцессор, фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, первый смеситель, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, усилитель первой промежуточной частоты, первый усилитель мощности, дуплексер, вход-выход которого связан с приемо-передающей антенной, второй усилитель мощности, второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, и усилитель второй промежуточной частоты, последовательно включенные перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, полосовой фильтр и фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, а выход подключен к микропроцессору, при этом на транспортном средстве сложные сигналы с фазовой манипуляцией излучаются на частоте ω₁=ω_пр1=ω_г2, а принимаются на частоте ω₂=ω_пр3=ω_г1, а на диспетчерском пункте контроля, наоборот, сложные сигналы с фазовой манипуляцией излучаются на частоте ω₂, а принимаются - на частоте ω₁, частоты ω_г1 и ω_г2 гетеродинов разнесены на значение второй промежуточной частоты ω_г2-ω_г1=ω_пр2, микропроцессор транспортного средства связан с исполнительными устройствами, а микропроцессор диспетчерского пункта контроля связан с пунктом управления, приемник GPS-сигналов выполнен в виде последовательно включенных приемной антенны, усилителя мощности, смесителя, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, усилителя второй промежуточной частоты, перемножителя, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, полосового фильтра и фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, а выход подключен к микропроцессору, отличается от ближайшего аналога тем, что каждый модем снабжен колебательным контуром, узкополосным фильтром, амплитудным детектором, пороговым блоком и ключом, причем к выходу второго усилителя мощности последовательно подключены колебательный контур, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, узкополосный фильтр, амплитудный детектор, пороговый блок и ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, а выход подключен к первому входу перемножителя.

Структурная схема системы материально-технического обеспечения с управлением местоположением транспортного средства при восстановлении объектов инфраструктуры представлена на фиг. 1. Структурная схема первого модема 11.1 и приемника 9 GPS-сигналов представлена на фиг. 2. Структурная схема второго модема 11.2 представлена на фиг. 3. Частотная диаграмма, поясняющая преобразование сигналов, изображена на фиг. 4.

Система 1 материально-технического обеспечения с управлением местоположением транспортного средства при восстановлении объектов инфраструктуры содержит глобальную систему 2 местоопределения транспортного средства 4 на железнодорожном полотне 5, спутники 3.i (i=1, 2, … 24), источник 6 электропитания, соединенный с панелью 7 солнечной батареи из фотоэлектрических преобразователей, исполнительные устройства 8, приемник 9 GPS-сигналов, микропроцессор 10.1 и модем 11.1.

Первый 11.1 и второй 11.2 модемы содержат последовательно включенные микропроцессор 10.1 (10.2), связанный с исполнительными устройствами 8.1 (пульт управления 8.2), фазовый манипулятор 13.1 (13.2), второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 12.1 (12.2), первый смеситель 15.1 (15,2), второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 14.1 (14.2), усилитель 16.1 (16.2) первой промежуточной частоты, первый усилитель 17.1 (17.2) мощности, дуплексер 18.1 (18.2), вход-выход которого связан с приемопередающей антенной 19.1 (19.2), второй усилитель 20.1 (20.2) мощности, второй смеситель 22.1 (22.2), второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 21.1 (21.2), усилитель 23.1 (23.2) второй промежуточной частоты, ключ 31.1(31.2), перемножитель 24.1 (24.2), второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 21.1 (21.2), полосовой фильтр 25.1 (25.2) и фазовый детектор 26.1 (26.2), второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 14.1 (14.2), а выход подключен к микропроцессору 10.1 (10.2), к выходу второго усилителя 20.1 (20.2) мощности последовательно подключены колебательный контур 27.1 (27.2), узкополосный фильтр 28.1 (28.2), амплитудный детектор 29.1 (29.2), пороговый блок 30.1 (30.2) и ключ 31.1 (31.2), второй вход которого соединен с выходом усилителя 23.1 (23.2) второй промежуточной частоты, а выход подключен к первому входу перемножителя 24.1 (24.2).

Приемник 9 GPS-сигналов выполнен в виде последовательно включенных приемной антенны 19, усилителя 20 мощности, смесителя 22, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 21.1, полосового фильтра 25 и фазового детектора 26, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 14.1, а выход подключен к микропроцессору 10.1.

Предлагаемый способ реализуют следующим образом.

Система 1 материально-технического обеспечения, реализующая предлагаемый способ, установлена на транспортном средстве, например, на железнодорожном вагоне 4, передвигающемся по железнодорожному пути 5 с целью управления операциями погрузки и разгрузки, например, сыпучего материала, имеет глобальную систему 2 местоопределения, спутники 3.i (i=1, 2, … 24), панель 7 солнечной батареи из фотоэлектрических преобразователей, установленную на вагоне 4 и электрически соединенную с источником 6 электропитания, исполнительные устройства 8, приемник 9 GPS-сигналов, микропроцессор 10.1 и первый модем 11.1.

Сыпучий материал загружают в железнодорожный вагон 4, программируют бортовой микропроцессор 10.1 командами о разгрузке материала и координатами местоположения в глобальной системе позиционирования, в котором должна произойти названная операция разгрузки. Принимают приемником 9 GPS-сигналы, сравнивают координаты местоположения железнодорожного вагона 4, принятые приемником 9 GPS-сигналов, с координатами, соответствующими положению, в котором должна произойти операция разгрузки, и в случае их совпадения выгружают названный материал.

Каждый спутник 3.i (i=1, 2, … 24) излучает на частоте ω₃ (ω₃ может быть равна 1.575 МГц) специальный навигационный сигнал в виде бинарного фазоманипулированного (ФМн) сигнала, манипулированного по фазе псевдослучайной последовательностью (ПСП) длиной 1023 (N=1023).

u_c(t)=U_ccos[ω₃t+ϕ_k(t)+ϕ₃], 0≤t≤Т₃,

где ϕ_k(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с ПСП длительностью N=1023.

Данный сигнал принимается антенной 19 и через усилитель 20 мощности поступает на первый вход смесителя 22, на второй вход которого подается напряжение второго гетеродина 21.1:

u_г2(t)=U_г2cos(ω_г2t+ϕ_г2).

На выходе смесителя 22 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 23 выделяется напряжение второй промежуточной частоты

U_пр2(t)=U_пр2cos[ω_пр2t+ϕ_k(t)+ϕ_пр2], 0≤t≤Т_с,

Где

ω_пр2=ω₃-ω_г2 - вторая промежуточная (разностная) частота;

ϕ_пр2=ϕ₃-ϕ_г2,

которое поступает на первый вход перемножителя 24. На второй вход последнего подается напряжение u_г2(t) гетеродина 21.1.

На выходе перемножителя 24 образуется напряжение:

u₁(t)=U₁cos[ω_г1t+ϕ_k(t)+ϕ_г1], 0≤t≤Т_с,

где

ω_г1=ω_г2-ω_пр2;

ϕ_г1=ϕ_г2-ϕ_пр2,

которое представляет собой ФМн сигнал на частоте ω_г1 первого гетеродина 14.1, выделяется полосовым фильтром 25 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 26, на второй вход которого в качестве опорного напряжения подается напряжение u_г1(t) гетеродина 14.1. В результате синхронного детектирования на выходе фазового детектора 26 образуется низкочастотное напряжение:

u_н(t)=U_нcosϕ_k(t),

где

которое поступает в микропроцессор 10.1, где определяется местоположение транспортного средства (широта и долгота). Для этого достаточно присутствие транспортного средства в зоне радиовидимости трех спутников. Точность определения местоположения транспортного средства несколько десятков метров не является удовлетворительной.

Один из основных методов повышения точности определения местоположения транспортного средства и устранения ошибок, связанных с введением режима селективного доступа, основан на применении известного в радионавигации принципа дифференциальных навигационных измерений.

Для этого используется диспетчерский пункт контроля, координаты которого точно известны благодаря прецизионной геодезической съемке. Между транспортным средством и диспетчерским пунктом контроля устанавливается дуплексная радиосвязь. С транспортного средства на диспетчерский пункт контроля передаются измеренные координаты транспортного средства. На диспетчерском пункте рассчитываются соответствующие поправки, которые передаются на транспортное средство. В результате чего точность определения местоположения транспортного средства оценивается несколькими десятками сантиметров.

Модемы 11.1 и 11.2 работают следующим образом.

Задающим генератором 12.1 формируется гармоническое колебание

u_c1(t)=U_c1cos(ω_ct+ϕ_с1), 0≤t≤T_c1,

которое поступает на первый вход фазового манипулятора 13.1, на второй вход которого подается модулирующий код M₁(t) с выхода микропроцессора 10.1. В качестве модулирующего кода M₁(t) могут быть идентификационный номер транспортного средства, его местоположение и состояние бортовых систем и датчиков. На выходе фазового манипулятора 13.1 формируется сложный ФМн сигнал

u₂(t)=U_c1cos[ω_ct+ϕ_k1(t)+ϕ_c1], 0≤t≤T_c1,

где ϕ_k1(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M₁(t), причем ϕ_k1(t)=const, при kτ_э<t<(k+1)τ_э, и может изменяться скачком при t= kτ_э, т.е. на границах между элементарными посылками (k=1, 2, … N₁);

τ_э, N₁ - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Т_c1(Т_c1=τ_эN₁), который поступает на первый вход смесителя 15.1, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 14.1

u_г1(t)=U_г1cos[ω_г1t+ϕ_г1].

На выходе смесителя 15.1 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 16.1 выделяется напряжение первой промежуточной (суммарной) частоты.

u_пр1(t)=U_пр1cos[ω_пр1t+ϕ_k1(t)+ϕ_пр1], 0≤t≤T_c1

где

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

ϕ_пр1=ϕ_с1+ϕ_г1.

Это напряжение после усиления в усилителе 17.1 мощности через дуплексер 18.1 поступает в приемо-передающую антенну 19.1, излучается ею в эфир на частоте ω₁=ω_пр1, улавливается приемо-передающей антенной 19.2 диспетчерского пункта контроля и через дуплексер 18.2 и усилитель 20.2 мощности поступает на первый вход смесителя 22.2, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 21.2:

u_г1(t)=U_г1cos(ω_г1t+ϕ_г1).

На выходе смесителя 22.2 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 23.2 выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частоты:

u_пр3(t)=U_пр3cos[ω_пр2t+ϕ_k1(t)+ϕ_пр3], 0≤t≤T_c1

где

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

ϕ_пр3=ϕ_пр1-ϕ_г1.

Принимаемый сигнал u_пр1(t) на частоте ω₁ с выхода усилителя 20.2 мощности одновременно поступает на первый вход колебательного контура 27.2, на второй вход которого подается напряжение u_г2(t) гетеродина 14.2. Так как частота ω₁ принимаемого сигнала выбирается равной частоте ω_г2 гетеродина 14.2 (ω₁=ω_г2) (фиг. 4), то в колебательном контуре 27.2 возникает явление резонанса, выходное напряжение колебательного контура 27.2 достигает максимального значения, выделяется узкополосным фильтром 28.2, частота настройки ω_н1 которого выбирается равной ω_н1=ω₁=ω_г2, детектируется амплитудным детектором 29.2 и поступает на вход порогового блока 30.2, где сравнивается с пороговым напряжением U_пор. Пороговый уровень U_пор превышается только при максимальном напряжении U_max амплитудного детектора 29.2, которое соответствует явлению резонанса. При превышении порогового уровня U_пор (U_max > U_пор) в пороговом блоке 30.2 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 31.2 и открывает его. В исходном состоянии ключ 31.2 всегда закрыт. При этом напряжение u_пр3(t) с выхода усилителя 23.2 второй промежуточной частоты через открытый ключ 31.2 поступает на первый вход перемножителя 24.2, на второй вход которого подается напряжение u_г1(t) гетеродина 21.2. На выходе перемножителя 24.2 образуется напряжение:

u₃(t)=U₃cos[ω_г2t-ϕ_k1(t)+ϕ_г2], 0≤t≤T_c1,

где

которое выделяется полосовым фильтром 25.2 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 26.2, на второй (опорный) вход которого подается напряжение гетеродина 14.2:

u_г2(t)=U_г2cos(ω_г2t+ϕ_г2).

В результате синхронного детектирования на выходе фазового детектора 26.2 образуется низкочастотное напряжение

u_н1(t)=U_н1cosϕ_k1(t), 0≤t≤Т_с1,

где

пропорциональное модулирующему коду M₁(t), которое поступает в микропроцессор 10.2 для регистрации и анализа.

На диспетчерском пункте контроля задающим генератором 12.2 формируется гармоническое колебание

u_с2(t)=U_с2cos(ω_сt+ϕ_c2), 0≤t≤Т_с2,

которое поступает на первый вход фазового манипулятора 13.2, на второй вход которого подается модулирующий код M₂(t) с выхода микропроцессора 10.2. В качестве модулирующего кода M₂(t) могут быть команды на управление соответствующими бортовыми системами транспортного средства и дифференциальные поправки. На выходе фазового манипулятора 13.2 образуется ФМн сигнал

u₄(t)=U_с2cos[ω_сt+ϕ_k2(t)+ϕ_с2], 0≤t≤T_c2,

где ϕ_k2(t) - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M₂(t), который поступает на первый вход смесителя 15.2, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 14.2

u_г2(t)=U_г2cos(ω_г2t+ϕ_г2),

на выходе смесителя 15.2 образуется напряжение комбинационных частот. Усилителем 16.2 выделяют напряжение третьей промежуточной (разностной) частоты

u_пр4(t)=U_пр4cos[ω_пр3t-ϕ_k2(t)+ϕ_пр4], 0≤t≤T_c2,

где

ω_пр3=ω_г2-ω_с - третья промежуточная (разностная) частота;

ϕ_пр4=ϕ_г2-ϕ_с2,

оторое после усиления в усилителе 17.2 мощности через дуплексер 18.2 поступает в приемо-передающую антенну 19.2, излучается ею в эфир на частоте ω₂=ω_пр3, улавливается приемо-передающей антенной 19.1 и через дуплексер 18.1 и усилитель 20.1 мощности поступает на первый вход смесителя 22.1, на второй вход которого подается напряжение u_г2(t) гетеродина 21.1. На выходе смесителя 22.1 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 23.1 выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частоты

u_пр5(t)=U_пр4cos[ω_пр2t+ϕ_k2(t)+ϕ_пр5], 0≤t≤T_c2,

где

ω_пр2=ω_г2-ω_пр3 - вторая промежуточная (разностная) частота;

ϕ_пр5=ϕ_г2-ϕ_пр4.

Принимаемый сигнал u_пр5(t) на частоте ω₂ с выхода усилителя 20.1 мощности одновременно поступает на первый вход колебательного контура 27.1, на второй вход которого подается напряжение u_г1(t) гетеродина 14.1. Так как частота ω₂ принимаемого сигнала выбирается равной частоте ω_г1 гетеродина 14.1 (ω₂=ω_г1) (фиг. 4), то в колебательном контуре 27.1 возникает явление резонанса, выходное напряжение колебательного контура 27.1 достигает максимального значения, выделяется узкополосным фильтром 28.1, частота настройки ω_н2 которого выбирается равной ω_н2=ω₂=ω_г1, детектируется амплитудным детектором 29.1 и поступает на вход порогового блока 30.1, где сравнивается с пороговым напряжением U_пор. Пороговый уровень U_пор превышается только при максимальном напряжении U_max амплитудного детектора 29.1, которое соответствует явлению резонанса. При превышении порогового уровня U_пор(U_max>U_пор) в пороговом блоке 30.1 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 31.1 и открывает его. В исходном состоянии ключ 31.1 всегда закрыт. При этом напряжение u_пр5(t) с выхода усилителя 23.1 второй промежуточной частоты через открытый ключ 31.1 поступает на первый вход перемножителя 24.1, на второй вход которого подается напряжение u_г2(t) гетеродина 21.1. На выходе перемножителя 24.1 образуется напряжение:

u₅(t)=U₅cos[ω_г1t-ϕ_k2(t)+ϕ_г1], 0≤t≤T_c2,

где

ω_г1=ω_г2-ω_пр2

которое выделяется полосовым фильтром 25.1 и поступает на первый вход фазового детектора 26.1, на второй вход которого подается напряжение u_г1(t) гетеродина 14.1, в результате синхронного детектирования на выходе фазового детектора 26.1 образуется низкочастотное напряжение

u_н2(t)=U_н2cosϕ_k2(t), 0≤t≤T_c2,

где

пропорциональное модулирующему коду M₂(t), которое поступает в микропроцессор 10.1 для регистрации и управления исполнительными устройствами.

При этом частоты ω_г1 и ω_г2 гетеродинов разнесены на значение второй промежуточной частоты

ω_г2-ω_г1=ω_пр2

Модем 11.1, размещаемый на транспортном средстве, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частоте ω₁=ω_пр1=ω_г2, а принимает на частоте ω₂=ω_пр3=ω_г1. Модем 11.2, размещаемый на диспетчерском пункте контроля, наоборот, излучает сложные ФМн сигналы на частоте ω₂, а принимает - на частоте ω₁.

Описанная выше работа первого 11.1 и второго 11.2 модемов соответствует случаю приема полезных ФМн сигналов по основным каналам на частотах ω₁ и ω₂ (фиг. 4).

Если ложный сигнал (помеха)

u_з1(t)=U_з1cos(ω_з1t+ϕ_з1), 0≤t≤T_з1,

принимается по первому зеркальному каналу на частоте ω_з1, то он также поступает с выхода усилителя 20.2 мощности на первый вход смесителя 22.2 и на первый вход колебательного контура 27.2, на второй вход которого подается напряжение u_г2(t) гетеродина 14.2. Так как частоты ω_з1 и ω_г2 разнесены на удвоенное значение второй промежуточной частоты

ω_г2-ω_з1=2ω_пр2,

то в колебательном контуре 27.2 явление резонанса не наблюдается, его выходное напряжение не достигает максимального значения, продетектированное напряжение U не превышает порогового напряжения U_пор в пороговом блоке 30.2, ключ 31.2 не открывается и ложный сигнал (помеха) u_з1(t), принимаемый по первому зеркальному каналу на частоте ω_з1, подавляется.

Если ложный сигнал (помеха)

u_з2(t)=U_з2cos(ω_з2t+ϕ_з2), 0≤t≤T_з2,

принимается по второму зеркальному каналу на частоте ω_з2, то он также с выхода усилителя 20.1 мощности поступает на первый вход смесителя 22.1 и на первый вход колебательного контура 27.1, на второй вход которого подается напряжение u_г1(t) гетеродина 14.1. Так как частоты ω_з2 и ω_г1 разнесены на удвоенное значение второй промежуточной частоты

ω_з2-ω_г1=2ω_пр2,

то в колебательном контуре 27.1 явление резонанса не наблюдается, его выходное напряжение не достигает максимального значения, продетектированное напряжение U не превышает порогового напряжения U_пор (U<U_пор), ключ 31.1 не открывается и ложный сигнал (помеха), принимаемый по второму зеркальному каналу на частоте ω_з2, подавляется.

По аналогичной причине подавляются и ложные сигналы (помехи), принимаемые по первому комбинационному каналу на частоте ω_k1, по второму комбинационному каналу на частоте ω_k2 и по любому другому дополнительному каналу.

Предлагаемые способ и система обеспечивают расширение функциональных возможностей и повышение эффективности материально-технического обеспечения транспортного средства. Это достигается за счет установления дуплексной радиосвязи между транспортным средством и диспетчерским пунктом контроля с использованием двух частот ω₁ и ω₂ и сложных сигналов с фазовой манипуляцией.

Кроме того, использование диспетчерского пункта контроля, координаты которого точно известны благодаря прецизионной геодезической съемке, позволяет значительно повысить точность определения местоположения транспортного средства за счет реализации дифференциального режима.

Сложные ФМн сигналы обладают высокой помехоустойчивостью, 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 ФМн сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами и помехами. Причем энергия сложного ФМн 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.

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

Сложные ФМн сигналы позволяют применять современный вид селекции - структурную селекцию. Это значит, что появляется возможность разделять сигналы, действующие в одной и той же полосе частот и в одни и те же промежутки времени.

Таким образом, предлагаемые способ и система по сравнению с базовыми объектами и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивают повышение помехоустойчивости и надежности дуплексной радиосвязи между транспортным средством и пунктом контроля. Это достигается за счет подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам. Причем для подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам, используются цепочки с колебательными контурами, реализующие явление резонанса.

Следует отметить, что явление резонанса является основополагающим принципом работы многих систем и устройств радиоэлектроники.

Изобретение относится к базирующейся на глобальной системе местоопределения системе управления материально-техническим обеспечением. Система материально-технического обеспечения с управлением местоположением транспортного средства, реализующая предлагаемый способ, содержит глобальную систему местоопределения транспортного средства на железнодорожном полотне, спутники, источник электропитания, соединенный с панелью солнечной батареи из фотоэлектрических преобразователей, исполнительные устройства, приемник GPS-сигналов, микропроцессор и модем. Первый и второй модемы содержит микропроцессор, задающий генератор, фазовый манипулятор, первый гетеродин, первый смеситель, усилитель первой промежуточной частоты, первый усилитель мощности, дуплексер, приемопередающую антенну, второй усилитель мощности, второй гетероди, второй смеситель, усилитель второй промежуточной частоты, перемножитель, полосовой фильтр, фазовый детектор, колебательный контур, узкополосный фильтр, амплитудный детектор, пороговый блок и ключ. Достигается повышение помехоустойчивости дуплексной радиосвязи. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ материально-технического обеспечения управления местоположением транспортного средства при восстановлении объектов инфраструктуры, в ходе осуществления которого на транспортном средстве устанавливают приемное устройство глобальной системы позиционирования, загружают сыпучий материал в транспортное средство, программируют бортовой микропроцессор командами о разгрузке материала и координатами местоположения в глобальной системе позиционирования, в котором должна произойти названная операция разгрузки, принимают сигналы глобальной системы позиционирования при помощи приемного устройства, сравнивают координаты местоположения в глобальной системе позиционирования, принятые приемным устройством, с координатами в глобальной системе позиционирования, соответствующие положению, в котором должна произойти названная операция разгрузки, и выгружают названный материал из транспортного средства, между транспортным средством и диспетчерским пунктом контроля, координаты которого определяют в результате прецизионной геодезической съемки, устанавливают дуплексную радиосвязь с использованием двух частот ω₁, ω₂ и сложных сигналов с фазовой манипуляцией, на транспортном средстве и диспетчерском пункте контроля формируют высокочастотное колебание на частоте ю_с, манипулируют его по фазе модулирующим кодом, сформированный сложный сигнал с фазовой манипуляцией преобразуют по частоте с использованием частоты ω_г1 первого гетеродина, выделяют напряжение первой промежуточный частоты ω_пр1=ω_с+ω_г1 усиливают его по мощности, излучают в эфир, принимают на другом объекте, усиливают по мощности, преобразуют по частоте с использованием частоты ω_г1 второго гетеродина, выделяют напряжение второй промежуточной частоты ω_пр2=ω_пр1-ω_г1=ω_с, перемножают с напряжением второго гетеродина с частотой ω_г1, выделяют сложный сигнал с фазовой манипуляцией на частоте ω_г2 первого гетеродина, осуществляют его синхронное детектирование с использованием напряжения первого гетеродина с частотой ω_г2 в качестве опорного напряжения, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное модулирующему коду_; регистрируют и анализируют его, при этом на транспортном средстве сложные сигналы с фазовой манипуляцией излучают на частоте ω₁=ω_пр1=ω_г2, а принимают на частоте ω₂=ω_пр3=ω_г1, где ω_пр3 - третья промежуточная частота, а на диспетчерском пункте контроля, наоборот, сложные сигналы с фазовой манипуляцией излучают на частоте ω₂, а принимают на частоте ω₁, частоты ω_г1 и ω_г2 гетеродинов разносят на значение второй промежуточной частоты ω_г2-ω_г1=ω_пр2,

в модулирующий код M₁(t) на транспортном средстве включают идентификационный номер транспортного средства, его местоположение и параметры, определяющее техническое состояние его бортовых систем, в модулирующий код M₂(t) диспетчерского пункта контроля включают команды на управление бортовыми системами транспортного средства, одновременно на транспортном средстве принимают GPS-сигнал на частоте ω₃, усиливают его по мощности, преобразуют по частоте с использованием напряжения второго гетеродина с частотой ω_г2, выделяют напряжение второй промежуточной частоты ω_пр2=ω₃-ω_г2, перемножают его с напряжением второго гетеродина с частотой ω_г2, выделяют GPS-сигнал на частоте ω_г1 первого гетеродина, осуществляют его синхронное детектирование с использованием напряжения первого гетеродина с частотой ω_г1 в качестве опорного напряжения, выделяют низкочастотное напряжение, используют его для определения местоположения транспортного средства и передают информацию о местоположении транспортного средства на диспетчерский пункт контроля, отличающийся тем, что на пункте контроля принимаемый сигнал на частоте ω₁=ω_пр1=ω_г2 и напряжение гетеродина на частоте ω_г2 подают на колебательный контур, выделяют его выходное напряжение, детектируют и сравнивают с пороговым напряжением U_пор и в случае его превышения, что свидетельствует о явлении резонанса в колебательном контуре, разрешают перемножение напряжения второй промежуточной частоты ω_пр2=ω_пр1-ω_г1 с напряжением гетеродина с частотой ω_г1, а на транспортном средстве принимаемый сигнал на частоте ω₂=ω_пр3=ω_г1 и напряжение гетеродина на частоте ω_г1 подают на колебательный контур, выделяют его выходное напряжение, детектируют и сравнивают с пороговым напряжением U_пор и в случае его превышения, что свидетельствует о явлении резонанса в колебательном контуре, разрешают перемножение напряжения второй промежуточной частоты ω_пр2=ω_г2-ω_пр3 с напряжением гетеродина с частотой ω_г2.

2. Система материально-технического обеспечения управления местоположением транспортного средства при восстановлении объектов инфраструктуры, содержащая железнодорожный вагон для перевозки по железнодорожному пути, погрузки и разгрузки сыпучего материала, глобальную систему местоопределения, спутники, панель солнечной батареи из фотоэлектрических преобразователей, установленную на вагон и электрически соединенную с источником электропитания, исполнительные устройства, приемник GPS-сигналов и микропроцессор, оборудованный электронной памятью для хранения данных, соответствующих местоположениям вагона, отображенным координатами глобальной системы позиционирования, и снабженный программой команд о разгрузке материала в зависимости от местоположения вагона, два модема, первый из которых размещен на транспортном средстве, а второй на диспетчерском пункте контроля, причем каждый модем содержит последовательно включенные микропроцессор, фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, первый смеситель, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, усилитель первой промежуточной частоты, первый усилитель мощности, дуплексер, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, второй усилитель мощности, второй смеситель, второй вход которою соединен с выходом второго гетеродина, и усилитель второй промежуточной частоты, последовательно включенные перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, полосовой фильтр и фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, а выход подключен к микропроцессору, при этом на транспортном средстве сложные сигналы с фазовой манипуляцией излучаются на частоте ω₁=ω_пр2=ω_г2, а принимаются на частоте ω₂=ω_пр3=ω_г1, а на диспетчерском пункте контроля, наоборот, сложные сигналы с фазовой манипуляцией излучаются на частоте ω₂, а принимаются на частоте ω₁, частоты ω_г1 и ω_г2 гетеродинов разнесены на значение второй промежуточной частоты ω_г2-ω_г1=ω_пр2, микропроцессор транспортного средства связан с исполнительными устройствами, а микропроцессор диспетчерского пункта контроля связан с пультом управления, приемник GPS-сигналов выполнен в виде последовательно включенных приемной антенны, усилителя мощности, смесителя, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, усилителя второй промежуточной частоты, перемножителя, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, полосового фильтра и фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, а выход подключен к микропроцессору, отличающаяся тем, что каждый модем снабжен колебательным контуром, узкополосным фильтром, амплитудным детектором, пороговым блоком и ключом, причем к выходу второго усилителя мощности последовательно подключены колебательный контур, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, узкополосный фильтр, амплитудный детектор, пороговый блок и ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, а выход подключен к первому входу перемножителя.