СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЛОКОМОТИВНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ АЛС Российский патент 2024 года по МПК B61L25/06 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к железнодорожной автоматике и телемеханике и может быть использовано в автоматизированных системах регулирования движения поездов для передачи информации на локомотив посредством индуктивно-рельсовой линии.

Уровень техники

Известен приёмник сигналов многозначной автоматической локомотивной сигнализации, включающий входной канал с устройством фильтрации, демодулятор, содержащий генератор тактовых сигналов, и декодер, отличающийся тем, что устройство фильтрации выполнено в виде фильтра нижних частот, соединённого выходом с входом аналого-цифрового преобразователя, тактовый вход которого подключен к первому выходу генератора тактовых сигналов, и цифрового полосового фильтра, вход которого связан с выходом аналого-цифрового преобразователя; демодулятор содержит линию задержки цифровых кодов, вход данных которой подключен к выходу цифрового полосового фильтра, а тактовый вход подсоединён ко второму выходу генератора тактового сигнала, первый и второй фазовращатели, входы которых соединены с К-м и N-м выходами линии задержки, порядковые номера которых определяются по формуле

где f_d - частота дискретизации аналого-цифрового преобразователя, f_с - частота несущей сигнала АЛС-ЕН, причём в качестве значений K и N выбираются целые части выражений (1) и (2), выходы первого и второго фазовращателей подключены соответственно к первым входам первого и второго цифровых перемножителей, вторые входы которых соединены с выходом цифрового полосового фильтра; первый и второй цифровые фильтры нижних частот, входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго цифровых перемножителей, а выходы соединены с входами первого и второго цифровых компараторов, и блок преобразования, содержащий первый и второй логические элементы «НЕ», первый, второй и третий логические элементы «2И», первый и второй триггеры, таймер, логический элемент «2ИЛИ» и элемент задержки, при этом выход первого цифрового компаратора соединен с входом первого логического элемента «НЕ» и первым входом третьего логического элемента «2И», являющихся первым входом блока преобразования; выход второго цифрового компаратора соединён с входом второго логического элемента «НЕ» и вторым входом третьего логического элемента «2И», являющихся вторым входом блока преобразования, второй выход генератора тактовых сигналов подсоединён к первым входам первого и второго логических элементов «2И», являющихся тактовым входом блока преобразования, выход первого логического элемента «НЕ» подключен к входу данных первого триггера, тактовый вход которого соединён с выходом первого логического элемента «2И»; выход второго логического элемента «НЕ» подключен к входу данных второго триггера, тактовый вход которого соединён с выходом второго логического элемента «2И», выходы данных первого и второго триггеров являются соответственно первым и вторым выходами блока преобразования, а инверсные выходы первого и второго триггеров подсоединены соответственно ко вторым входам первого и второго логических элементов «2И», выход третьего логического элемента «2И» подключен к входу таймера и второму входу логического элемента «2ИЛИ», первый вход которого соединён с выходом таймера, а выход логического элемента «2ИЛИ», являющийся третьим выходом блока преобразования, связан с входом элемента задержки, выход которого подключен к входам установки логического нуля первого и второго триггеров; декодер содержит первый и второй регистры сдвига, блок сравнения и постоянное запоминающее устройство, при этом входы данных первого и второго регистров сдвига подсоединены соответственно к первому и второму выходам блока преобразования; тактовые входы регистров сдвига подключены к третьему выходу блока преобразования; выходы регистров сдвига подсоединены к первым информационным входам блока сравнения, первый выход которого связан с входом постоянного запоминающего устройства, выходы которого подключены ко вторым информационным входам блока сравнения, второй выход которого является выходом приёмника [«Приёмник сигналов многозначной автоматической локомотивной сигнализации (АЛС-ЕН)» Пат. 2347705 Рос. Федерация: МПК B61L 25/06, B61L 3/20; заявитель и патентообладатель Закрытое акционерное общество «Рязанская радиоэлектронная компания». - №2007113308/11; заявл. 09.04.2007; опубл. 27.02.2009, Бюл. № 6].

Недостатком данного технического решения является то, что оно не позволяет повысить информационную ёмкость системы.

Известен приёмник сигналов двухчастотной многозначной автоматической локомотивной сигнализации, содержащий входной фильтр и блоки обработки сигналов, каждый из которых состоит из полосового фильтра, выход которого соединён с входом измерительного канала, отличающийся тем, что в него введён декодер, соединённый с решающим модулем, подключенным к CAN-интерфейсу, и аналого-цифровой преобразователь, через который входной фильтр соединён с полосовым фильтром каждого блока обработки сигналов, который снабжён фазовым детектором и пороговым устройством, при этом первый вход фазового детектора соединён с выходом полосового фильтра, а к его второму входу подключен генератор опорной частоты, выход фазового детектора непосредственно, а выход измерительного канала через пороговое устройство соединены с соответствующими входами декодера [«Приёмник сигналов двухчастотной многозначной автоматической локомотивной сигнализации» Пат. 2684842 Рос. Федерация: МПК B61L 25/06, B61L 25/065; заявитель и патентообладатель Акционерное общество "Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт информатизации, автоматизации и связи на железнодорожном транспорте". - № 2018124932 ; заявл. 09.07.2018 ; опубл. 15.04.2019, Бюл. № 11].

Недостатком данного технического решения является то, что в нём для повышения информационной ёмкости и достоверности передаваемых сообщений используются два частотных канала с сохранением в них прежних способов модуляции (двукратной фазоразностной манипуляции ФРМ-2) и кодирования (модифицированный код Бауэра). Это, во-первых, приводит к нерациональному использованию частотного ресурса и значительному усложнению передающей аппаратуры, а во-вторых, сохраняется присущий ФРМ-2 недостаток, заключающийся в 100%-ной паразитной амплитудной модуляции (АМ) и снижающий достоверность приёма сигналов.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является система автоматической локомотивной сигнализации единого ряда непрерывного действия АЛС-ЕН, содержащая в своем составе путевые и локомотивные устройства («Системы железнодорожной автоматики и телемеханики» под ред. Ю. А. Кравцова. М.: Транспорт, 1996, с. 168-180). Путевые устройства системы АЛС-ЕН содержат формирователь сигналов, усилитель мощности, устройство защиты и согласования, а также рельсовую линию. Локомотивные устройства системы АЛС-ЕН содержат последовательно соединённые между собой приёмные катушки, блок электронный локомотивный и блок индикации локомотивный. В состав формирователя сигнала входят кодер модифицированного кода Бауэра и дискретный модулятор ФРМ-2. В состав блока электронного локомотивного входят полосовой фильтр, демодулятор сигнала с ФРМ-2 и декодер модифицированного кода Бауэра.

Недостатками данной системы являются недостаточная помехоустойчивость, выражающаяся в значительном количестве сбоев в её работе, и низкая информационная ёмкость (максимальное число различных передаваемых сообщений с учетом двух кодовых подканалов - 256). Недостаточная помехоустойчивость обусловлена высоким уровнем помех в окрестности частоты несущего колебания 174,38 Гц, а также наличием паразитной 100%-ной амплитудной модуляции (АМ) несущей, присущей используемому способу модуляции (ФРМ-2). Низкая информативность обусловлена применением модифицированного кода Бауэра, в котором из восьми символов СГ и КК только четыре являются информационными, а остальные четыре - проверочными, необходимыми для обнаружения в информационных символах ошибок, вызванных воздействием помех. Такая избыточность приводит к снижению скорости передачи информации, информационной ёмкости системы и количеству информации в передаваемых сообщениях в два раза.

Раскрытие изобретения

Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.

Техническим результатом является повышение информационной ёмкости системы автоматической локомотивной сигнализации и достоверности приёма её сигналов.

Технический результат достигается тем, что в систему автоматической локомотивной сигнализации АЛС-ТТС, содержащую усилитель мощности, устройство защиты и согласования, рельсовую линию и приёмные катушки, причём выход усилителя мощности соединён с входом устройства защиты и согласования, выход которого соединён с входом рельсовой линии, выход рельсовой линии связан с входом последовательно соединённых между собой приёмных катушек, дополнительно введены кодер модифицированного инверсного кода в подканале СГ и кода с проверкой на чётность в подканале КК, генератор сигнала с двукратной минимальной частотной манипуляцией (МЧМ2), приёмник прямого усиления, автокорреляционный демодулятор, нуль-детектор, система тактовой синхронизации, фиксатор уровня, определитель квадранта, дешифратор, декодер модифицированного инверсного кода в подканале СГ и кода с проверкой на чётность в подканале КК, а также блок интерфейса машиниста, причём вход кодера модифицированного инверсного кода в подканале СГ и кода с проверкой на чётность в подканале КК является и входом формирователя сигнала, выход кодера модифицированного инверсного кода в подканале СГ и кода с проверкой на чётность в подканале КК соединен со входом генератора сигнала с МЧМ2, выход которого, являющийся и выходом формирователя сигнала, соединён со входом усилителя мощности, вход приёмника прямого усиления, являющийся также входом блока электронного локомотивного, соединён с выходом последовательно соединённых между собой приёмных катушек, а выход приёмника соединён со входом автокорреляционного дешифратора, выход которого соединён со входом нуль-детектора и первым входом фиксатора уровня, выход нуль-детектора соединён со входом системы тактовой синхронизации, выход которой соединён со вторыми входами фиксатора уровня, определителя квадранта и дешифратора, выход фиксатора уровня соединён с первым входом определителя квадранта, выход которого соединён с первым входом дешифратора, первый и второй выходы дешифратора соединены соответственно с первым и вторым входами декодера модифицированного инверсного кода в подканале СГ и кода с проверкой на чётность в подканале КК, выход декодера модифицированного инверсного кода в подканале СГ и кода с проверкой на чётность в подканале КК, являющийся и выходом блока электронного локомотивного, соединён со входом блока интерфейса машиниста.

Возможность получения указанного технического результата осуществляется с помощью введение дополнительных блоков, который позволит повысить информационную ёмкость системы автоматической локомотивной сигнализации за счёт применения в подканале КК кода с проверкой на чётность, имеющего меньшую избыточность, чем модифицированный код Бауэра, а также повысить достоверность приёма сигнала за счёт использования частоты несущей 225 Гц в области частот с пониженным уровнем помех и применения МЧМ2, для которой уровень паразитной АМ не превышает 20%.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 представлена функциональная схема системы автоматической локомотивной сигнализации АЛС-ТТС.

Система автоматической локомотивной сигнализации АЛС-ТТС содержит в своем составе путевые и локомотивные устройства. Путевые устройства содержат формирователь сигнала 1, состоящий из кодера 2 модифицированного инверсного кода в подканале СГ и кода с проверкой на чётность в подканале КК и генератора сигнала с МЧМ2 3, а также усилитель мощности 4, устройство защиты и согласования 5 и рельсовую линию 6. Локомотивные устройства содержат локомотивные приёмные катушки 7, блок электронный локомотивный 8 и блок интерфейса машиниста 9. Блок электронный локомотивный 8, в свою очередь, содержит приёмник прямого усиления 10, автокорреляционный демодулятор 11, нуль-детектор 12, систему тактовой синхронизации 13, фиксатор уровня 14, определитель квадранта 15, дешифратор 16 и декодер 17 модифицированного инверсного кода в подканале СГ и кода с проверкой на чётность в подканале КК.

Система автоматической локомотивной сигнализации АЛС-ТТС работает следующим образом.

Формирователь сигнала 1 посредством содержащегося в нём кодера 2 модифицированного инверсного кода в подканале СГ и кода с проверкой на чётность в подканале КК преобразует информацию, поступающую от системы автоблокировки или электрической централизации, в последовательности двоичных символов (биты) восьмиразрядных СГ (модифицированного инверсного кода с четырьмя информационными символами и четырьмя проверочными) и КК (кода с проверкой на чётность с семью информационными символами и одним проверочным). За счёт увеличения количества информационных символов в подканале КК с четырёх до семи количество КК увеличивается с 16 до 128, а информационная ёмкость системы - с 256 до 2048 сообщений. Генератор 3 с МЧМ2 преобразует поступающие на его вход от формирователя сигнала 1 последовательности битов СГ и КК в модулированный на частоте несущей 225 Гц сигнал АЛС-ТТС.

Сигнал АЛС-ТТС с выхода формирователя сигнала поступает на усилитель мощности 4, усиливающий его до необходимого уровня, и далее через устройство защиты и согласования 5 - в рельсовую линию 6. Протекающий в рельсах переменный сигнальный ток индуцирует в соединённых последовательно приёмных катушках 7 ЭДС сигнала АЛС-ТТС, поступающего далее на вход блока электронного локомотивного 8.

Блок электронный локомотивный 8 содержит приёмник прямого усиления 10, осуществляющий выделение на фоне помех и усиление сигнала АЛС-ТТС. Далее сигнал поступает на вход автокорреляционного демодулятора 11, осуществляющего преобразование относительной фазы сигнала текущего бита в пропорциональное напряжение. С выхода автокорреляционного демодулятора 11 это напряжение поступает на вход нуль-детектора 12 и первые входы фиксатора уровня 14, определителя квадранта 15 и дешифратора 16. Нуль-детектор 12 представляет собой пороговое устройство, определяющее знак входного сигнала. При пересечении сигналом нулевого значения устройство формирует логический импульс, поступающий на вход системы тактовой синхронизации 13. Эта система предназначена для стробирования фиксатора уровня 14, определителя квадранта 15 и дешифратора 16. Она представляет собой счётчик, формирующий стробирующие импульсы с периодом, равным длительности элементарного сигнала, синхронизируемый импульсами от нуль-детектора 12, которые сдвинуты на половину длительности элементарного сигнала. Стробирующие импульсы с выхода системы тактовой синхронизации 13 поступают на вторые входы фиксатора уровня 14, определителя квадранта 15 и дешифратора 16. Фиксатор уровня 14 сохраняет уровень входного сигнала на первом входе, поступившего в момент появления на втором входе строба от системы тактовой синхронизации 13. Зафиксированные значения сигнала с выхода фиксатора уровня 14 поступают на первый вход определителя квадранта 15, представляющего собой пороговое устройство и определяющего область значений фазы сигнала, соответствующую уровню сигнала на первом входе в моменты поступления синхронизирующих стробов на второй вход. Таким образом определяется номер квадранта фазовой плоскости, соответствующего сигналу на первом входе определителя квадранта 15. С выхода определителя квадранта 15 номер квадранта поступает на первый вход дешифратора 16, осуществляющего преобразование номера текущего квадранта в соответствующие биты СК и КК, а также преобразование битовых последовательностей СК и КК в параллельные восьмиразрядные коды с помощью регистров сдвига. Символы параллельных кодов СК и КК с выхода дешифратора 16 поступают на вход декодера 17 модифицированного инверсного кода в подканале СГ и кода с проверкой на чётность в подканале КК, преобразующего сочетание СК и КК в команды управления блоком интерфейса машиниста 9. Блок интерфейса машиниста 9 на основании команд управления, поступающих с выхода декодера 17 модифицированного инверсного кода в подканале СГ и кода с проверкой на чётность в подканале КК, осуществляет звуковую и видеоиндикацию, необходимую машинисту для оптимального управления поездом и соблюдения требований безопасности движения поездов.

Промышленная применимость

Критерий изобретения «промышленная применимость» подтверждается тем, что заявляемая «Система автоматической локомотивной сигнализации АЛС-ТТС» может быть успешно использована в железнодорожной автоматике и телемеханике.

Таким образом, система позволит уменьшить количество необоснованных снижений скорости поезда и последующих его разгонов, тем самым повысив энергоэффективность процесса ведения поезда. Также уменьшение количества сбоев в работе автоматической локомотивной сигнализации снизит психофизиологическую нагрузку на локомотивную бригаду за счет уменьшения количества вынужденных выключений системы автоматической локомотивной сигнализации и количества необоснованных проверок бдительности машиниста, что положительно скажется на безопасности движения поездов.

Изобретение относится к железнодорожной автоматике и может быть использовано в автоматизированных системах регулирования движения поездов для передачи информации на локомотив посредством индуктивно-рельсовой линии. Техническим результатом, на достижение которого направлено создание полезной модели, является повышение информационной ёмкости системы автоматической локомотивной сигнализации и достоверности приёма её сигналов. Поставленный технический результат достигается тем, что в систему автоматической локомотивной сигнализации расширенной значности и повышенной помехоустойчивости АЛС-ТТС, содержащую усилитель мощности, устройство защиты и согласования, рельсовую линию и приёмные катушки, причём выход усилителя мощности соединён с входом устройства защиты и согласования, выход которого соединён с входом рельсовой линии, выход рельсовой линии связан с входом последовательно соединённых между собой приёмных катушек, дополнительно введены кодер модифицированного инверсного кода в подканале СГ и кода с проверкой на чётность в подканале КК, генератор сигнала с двукратной минимальной частотной манипуляцией (МЧМ2), приёмник прямого усиления, автокорреляционный демодулятор, нуль-детектор, система тактовой синхронизации, фиксатор уровня, определитель квадранта, дешифратор, декодер модифицированного инверсного кода в подканале СГ и кода с проверкой на чётность в подканале КК, а также блок интерфейса машиниста, причём вход кодера модифицированного инверсного кода в подканале СГ и кода с проверкой на чётность в подканале КК является и входом формирователя сигнала, выход кодера модифицированного инверсного кода в подканале СГ и кода с проверкой на чётность в подканале КК соединен со входом генератора сигнала с МЧМ2, выход которого, являющийся и выходом формирователя сигнала, соединён со входом усилителя мощности, вход приёмника прямого усиления, являющийся также входом блока электронного локомотивного, соединён с выходом последовательно соединённых между собой приёмных катушек, а выход приёмника соединён со входом автокорреляционного дешифратора, выход которого соединён со входом нуль-детектора и первым входом фиксатора уровня, выход нуль-детектора соединён со входом системы тактовой синхронизации, выход которой соединён со вторыми входами фиксатора уровня, определителя квадранта и дешифратора, выход фиксатора уровня соединён с первым входом определителя квадранта, выход которого соединён с первым входом дешифратора, первый и второй выходы дешифратора соединены соответственно с первым и вторым входами декодера модифицированного инверсного кода в подканале СГ и кода с проверкой на чётность в подканале КК, выход декодера модифицированного инверсного кода в подканале СГ и кода с проверкой на чётность в подканале КК, являющийся и выходом блока электронного локомотивного, соединён со входом блока интерфейса машиниста. 1 ил.

Система автоматической локомотивной сигнализации АЛС, содержащая усилитель мощности, устройство защиты и согласования, рельсовую линию и приёмные катушки, причём выход усилителя мощности соединён с входом устройства защиты и согласования, выход которого соединён с входом рельсовой линии, выход рельсовой линии связан с входом последовательно соединённых между собой приёмных катушек, отличающаяся тем, что дополнительно введены кодер модифицированного инверсного кода в подканале синхрогруппы (СГ) и кода с проверкой на чётность в подканале кодовой комбинации (КК), генератор сигнала с двукратной минимальной частотной манипуляцией (МЧМ2), приёмник прямого усиления, автокорреляционный демодулятор, нуль-детектор, система тактовой синхронизации, фиксатор уровня, определитель квадранта, дешифратор, декодер модифицированного инверсного кода в подканале СГ и кода с проверкой на чётность в подканале КК, а также блок интерфейса машиниста, причём вход кодера модифицированного инверсного кода в подканале СГ и кода с проверкой на чётность в подканале КК является и входом формирователя сигнала, выход кодера модифицированного инверсного кода в подканале СГ и кода с проверкой на чётность в подканале КК соединен со входом генератора сигнала с МЧМ2, выход которого, являющийся и выходом формирователя сигнала, соединён со входом усилителя мощности, вход приёмника прямого усиления, являющийся также входом блока электронного локомотивного, соединён с выходом последовательно соединённых между собой приёмных катушек, а выход приёмника соединён со входом автокорреляционного дешифратора, выход которого соединён со входом нуль-детектора и первым входом фиксатора уровня, выход нуль-детектора соединён со входом системы тактовой синхронизации, выход которой соединён со вторыми входами фиксатора уровня, определителя квадранта и дешифратора, выход фиксатора уровня соединён с первым входом определителя квадранта, выход которого соединён с первым входом дешифратора, первый и второй выходы дешифратора соединены соответственно с первым и вторым входами декодера модифицированного инверсного кода в подканале СГ и кода с проверкой на чётность в подканале КК, выход декодера модифицированного инверсного кода в подканале СГ и кода с проверкой на чётность в подканале КК, являющийся и выходом блока электронного локомотивного, соединён со входом блока интерфейса машиниста.