РАДИОФОТОННАЯ СИСТЕМА ЛОКАЦИОННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ДВИЖЕНИЯ ОТЦЕПОВ НА СОРТИРОВОЧНОЙ ГОРКЕ Российский патент 2025 года по МПК B61L17/00 G01P3/00 

Изобретение относится к области железнодорожной (ЖД) автоматики и телемеханики, в частности к устройствам автоматического регулирования скорости движения отцепов на сортировочной горке с целью обеспечения безаварийного роспуска ЖД составов, отображения информации о движении отцепов и их расположении на сортировочной горке в процессе роспуска составов, а также документирования процесса роспуска, и основано на использовании локационных датчиков скорости (ЛДС).

В соответствии с концепцией интервально-прицельного регулирования скорости отцепов спускная часть автоматизированных и механизированных сортировочных горок оборудуется тормозными позициями (ТП), которые располагаются, как правило, перед разделительной стрелкой первой ТП, за разделительной стрелкой второй ТП и в начале парковых путей - третьей ТП. Для регулирования скорости отцепов на ТП служат специальные путевые устройства, так называемые горочные и парковые замедлители.

Основной задачей первой и второй ТП, часто называемых горочными или верхними, является торможение свободно скатывающихся отцепов с горба горки. Это необходимо для исключения нагонов попутно скатывающихся отцепов, следующих по заданным маршрутам на пути сортировочного парка. Торможение должно обеспечивать требуемые временные интервалы между скатывающимися с горки вагонными отцепами, достаточные для перевода стрелок по маршруту, и скорости отцепов на выходе из этих позиций, которые при подходе отцепов к третьей ТП не должны превышать 6 м/с. Таким образом, на горочные ТП возлагается главная задача, так называемого, интервального торможения. В задачи парковой ТП входит прицельное торможение вагонных отцепов и установление скоростей, достаточных для того, чтобы они докатились до расчетной точки на сортировочном пути. При этом скорость соударения отцепов в парке не должна превышать 5 км/ч.

Общее количество ТП в зависимости от мощности сортировочной горки составляет от нескольких штук для горок малой мощности до, более чем, сорока для горок большой и повышенной мощности (см. стр. 9, [1]). Для управления процессом торможением на ТП в качестве бесконтактных датчиков скорости используются радиолокационные скоростемеры [2, 3]. В зависимости от типа замедлителей и их количества, а также мощности сортировочной горки первая и вторая ТП оборудуются одним или двумя, а в некоторых случаях большим числом скоростемеров. При этом общее число скоростемеров на автоматизированных сортировочных горках большой и повышенной мощности может достигать пятидесяти и более штук.

Принцип действия радиолокационных скоростемеров, контролирующих параметры движения отцепов на ТП, основан на использовании эффекта Доплера (см. стр. 33-40, [2]). Частота F_a доплеровского сигнала прямо пропорциональна скорости отцепа

,

где V - скорость движения отцепа;

α - текущий угол между вектором скорости отцепа и направлением его облучения;

λ и f₀ - длина волны и частота излучения ЛДС соответственно;

с - скорость распространения радиоволн.

Достоинствами радиолокационных скоростемеров являются малая инерционность, бесконтактность и непрерывность процесса измерения в зоне контроля. Дальность действия по вагону в условиях прямой видимости достигает 250 м. Однако в реальности рабочая зона на ТП, в которой должен обеспечиваться процесс измерения, обычно составляет не более 30…35 м.

Самыми простыми радиолокационными скоростемерами являются автодинные устройства (см. рис. 2.1, [2]), в которых функции передатчика зондирующего и приемника отраженного от отцепа излучения одновременно совмещает СВЧ-генератор, называемый в отечественной литературе автодином. Принцип действия этих устройств основан на автодинном эффекте, который состоит в изменениях с частотой Доплера амплитуды и частоты колебаний СВЧ-генератора, а также тока и/или напряжения смещения в цепи его питания [3]. Регистрация указанных изменений в виде автодинных сигналов и их обработка обеспечивают возможность определения параметров относительного перемещения отцепов. Благодаря совмещению функций передатчика и приемника автодинные измерители скорости имеют минимальные габаритные размеры и массу, при этом они обладают достаточно высокой чувствительностью для применения в качестве датчиков скорости отцепов на сортировочной горке [4].

Пример выполнения измерителя скорости на основе автодина (generator mixer) описан в патенте [5]. Измеритель содержит СВЧ-генератор, который связан с приемопередающей антенной через регулируемый трансформатор сопротивлений (tuner). В цепь питания СВЧ-генератора включен резистор, с которого снимается автодинный сигнал, поступающий в блок обработки сигнала через усилитель.

Более совершенный автодинный датчик, который может использоваться как универсальный прибор определения занятости стрелочного перевода или измеритель скорости отцепов, описан в статье [6]. В случае его использования в качестве датчика занятости он работает в режиме излучения с частотной модуляцией (ЧМ). При этом цифровая обработка сигнальным процессором преобразованного автодином сигнала обеспечивает решение задачи обнаружения свободности или занятости стрелочного перевода. В случае использования датчика как измерителя скорости вагонов программа его работы изменяется. В этом режиме ЧМ излучения отсутствует, и датчик излучает в направлении отцепа немодулированные колебания. Для получения информации о скорости отцепов в предложенном датчике используются временные и спектральные методы обработки доплеровских сигналов.

Недостатком известных автодинных измерителей скорости являются наличие ангармонических искажений сигналов и периодической нестационарности уровня шума в условиях сильного отраженного от отцепа излучения [7]. Данные явления нарушают нормальную работу автодинного скоростемера на малых дальностях и требуют принятия дополнительных мер, усложняющих известные устройства.

Известны радиолокационные измерители скорости движения вагонов, содержащие «датчик доплеровского сигнала» (ДЦС) и блок измерительного преобразователя сигнала (БИПС) [8, 9]. При этом ДДС состоит из передающей и приемной антенн, которые подключены соответственно к СВЧ-генератору и диодному смесителю. Выход диодного смесителя через усилитель сигнала доплеровской частоты подключен к входу БИПС.Доплеровский сигнал в ДДС получают в результате преобразования частоты в диодном смесителе принятого от движущегося отцепа излучения и части опорного излучения СВЧ-генератора, проходящего через щелевое сочленение. Антенны ДДС устанавливают внутри колеи, а остальные устройства - в междупутье.

Недостатком устройств [8, 9] является наличие двух антенн, значительно усложняющих их конструкцию, а также увеличивающих габаритные размеры и стоимость изготовления.

В патенте [10] предложено радиолокационное устройство для определения скорости отцепов, которое содержит приемопередатчик с частотной модуляцией по пилообразному закону. Отраженный от отцепа радиосигнал принимают и смешивают с излучаемым радиосигналом в смесителе. Преобразованный сигнал подают в блок обработки сигналов для получения данных о параметрах движения отцепа.

Недостатком предложенного устройства является значительное расширение спектра излучения СВЧ-генератора вследствие частотной модуляции. Это может создать проблему электромагнитной совместимости работе других радиосредств.

Кроме того, установка известных устройств внутри колеи не является удачным решением, поскольку их обслуживание вызывает проблемы - в зимнее время они часто выходит из строя при прохождении снегоочистителей, а весной и в дождливую погоду скоростемер заливает водой [11].

Известны радиолокационные измерители скорости движения вагонов, приемопередатчик которых выполнен по схеме с прямым (гомодинным) преобразованием доплеровского сигнала (см. стр. 33-37, рис. 2.5, [2]; [11-20]). Эти устройства используют одну антенну, которая работает как на передачу, так и на прием. Непрерывное излучение с выхода СВЧ-генератора, пройдя по пути первый - второй порты циркулятора, поступает в антенну и излучается в направлении движущегося отцепа. Отраженное от отцепа излучение сдвинуто по частоте на величину доплеровского смещения, пропорционального скорости движения отцепа. Это излучение через антенну и по пути второй - третий порты циркулятора поступает на одно из плеч смесителя, на другое плечо которого подаются опорные колебания СВЧ-генератора. В результате преобразования частоты колебаний на выходе смесителя выделяется сигнал разностной (доплеровской) частоты, который далее после усиления и предварительной фильтрации поступает в блок обработки сигналов для получения информации о параметрах движения отцепов.

На сегодня наиболее совершенным и широко применяемым на сети сортировочных станций РЖД является скоростемер РИС-ВЗМ, разработанный на рубеже двадцатого и двадцать первого веков [19]. Его наиболее полное описание представлено в учебном пособии: Шелухин В.И. Автоматизация и механизация сортировочных горок: Учебник для техникумов и колледжей ж.-д. транспорта. - М.: Маршрут, 2005. - 240 с., (см. стр. 108-116, рис. 3.26, [20]).

Радиолокационный скоростемер содержит (см. рис. 3.26, [20]) СВЧ приемопередающий блок, усилитель-фильтр и блок обработки сигналов, причем СВЧ приемопередающий блок состоит из антенны, СВЧ-генератора, циркулятора и смесителя. При этом выход СВЧ-генератора подключен к первому порту циркулятора, ко второму порту которого подключена антенна, к третьему порту циркулятора присоединен вход смесителя. К выходу последнего через усилитель-фильтр и цифро-аналоговой преобразователь (ЦДЛ) подключен блок обработки сигналов (БОС). В свою очередь БОС содержит кодек, состоящий из последовательно соединенных упомянутого АЦП и цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), процессор, приемопередатчик интерфейса в стандарте протокола RS-485 для связи по двухпроводной линии с компьютером системы горочной автоматической централизации (ГАЦ), преобразователь напряжение-частота сигнала импульсной последовательности типа меандр, частота которого соответствует частоте принятого доплеровского сигнала.

Из представленного описания, очевидно, что данный скоростемер - это сложный радиоэлектронный прибор. Он состоит из аналоговой части, включающей СВЧ приемопередатчик и усилитель-фильтр, цифровой части в составе БОС для получения данных о скорости отцепа в цифровом и аналоговом виде, а также выходного измерительного преобразователя. Последнее также является аналоговым узлом, выполняющим операцию преобразования напряжения, пропорционального скорости отцепа, в частоту (меандр). Кроме того, каждый скоростемер оснащен блоком питания от сети 220 В, 50 Гц. Производство таких приборов предполагает изготовление перечисленных блоков и узлов, а также сборку и настройку устройства в целом. При этом особенно трудоемкой является настройка ключевого узла устройства - СВЧ приемопередающего блока, для выполнения которой требуются специалисты высокой квалификации по технике СВЧ. Вследствие недостаточной надежности СВЧ приемопередатчика в комплект ЗИП к скоростемеру, как правило, входит запасной модуль, содержащий СВЧ-генератор, циркулятор и смеситель.

При эксплуатации скоростемеров на автоматизированной сортировочной горке их выход из строя в зависимости от условий, в лучшем случае, может на некоторое время нарушить процесс роспуска составов, а в худшем, - вызвать сход и опрокидывание отцепа. Поэтому требования к функциональной надежности скоростемеров достаточно высокие и для ее поддержания входящие в устройство аналоговые узлы и компоненты требуют периодической проверки и корректировки. Перечисленные операции поверки, а также ремонт, как правило, выполняются в специализированных мастерских на специальных стендах с участием подготовленных специалистов, в том числе, по технике СВЧ.

Таким образом, скоростемер РИС-ВЗМ и его модификации [11-18] имеют высокую трудоемкость и стоимость при производстве вследствие сложности и являются затратными в условиях эксплуатации на сортировочных горках из-за низкой надежности и наличия аналоговых блоков и узлов в своем составе.

Еще одним недостатком известных устройств-аналогов является низкая эффективность использования как самих скоростемеров, так и входящих в них блоков и узлов. Время, в течение которого производится измерение скорости, составляет в среднем порядка 15 секунд на вагон. Если перерабатывающая способность горки равна N_ваг тысяч вагонов в сутки, то общее производительное время, ушедшее на измерения, равно . При оснащении сортировочной горки скоростемерами в количестве М_ск их общее время наработки за сутки равно . Отношение - коэффициент, характеризующий эффективность использования скоростемеров:

Например, для горки большой мощности при числе N_ваr=5,5 тысяч вагонов в сутки и использовании М_ск=50 скоростемеров получим эффективность η_эфф=1,87%. Это означает, что 98,13% времени скоростемеры бездействуют, потребляя электроэнергию и вырабатывая свой ресурс.

Одним из путей повышения эффективности и устранения отмеченных выше недостатков является сокращение количества блоков и узлов скоростемеров, функции которых может выполнить меньшее их число. Именно такая идея предложена в устройстве, принятом нами в качестве прототипа, которое заявлено в авторском свидетельстве SU 265170 A, опубл. 09.03.1970, бюл. 10, МПК B61L 3/12, «Устройство для измерения скорости движения отцепов на автоматизированной сортировочной горке», [21].

Устройство-прототип для измерения скорости движения отцепов на автоматизированной сортировочной горке, содержит (см. фиг. 1, [21]) блок сверхвысокочастотных (СВЧ) колебаний, матричный переключатель, измерительные преобразователи и множество локационных датчиков скорости (ЛДС). Блок СВЧ колебаний, устанавливаемый на пути, содержит общий для всех ЛДС СВЧ-генератор, соединенный с множеством ЛДС волноводной линией передачи. Матричный переключатель, размещаемый в стационарном помещении, своими входами подключен к выходам усилителей сигналов доплеровской частоты ЛДС, а выходами - к измерительным преобразователям, число которых соответствует максимальному числу отцепов, одновременно находящихся на тормозных позициях. Каждый ЛДС, устанавливаемый на тормозных позициях, содержит щелевой мост, приемную и передающую антенны, детекторную секцию и усилитель сигналов доплеровской частоты. При этом к входу первого плеча щелевого моста подключена волноводная линия, к выходу первого плеча моста подключена передающая антенна, к входу второго плеча моста подключена приемная антенна, а к выходу второго плеча моста подключено последовательное соединение детекторной секции и усилителя сигналов доплеровской частоты соответственно.

Однако устройство-прототип для измерения скорости движения отцепов на автоматизированной сортировочной горке имеет существенные недостатки, состоящие в следующем.

Связь СВЧ-генератора с ЛДС выполнена с использованием протяженных волноводных линий передачи, проходящих под сортировочными путями. При прохождении отцепов по этим путям на волноводную линию неизбежно воздействуют вибрации и шумы, которые, в свою очередь, вызывают амплитудно-фазовую модуляцию СВЧ излучения и являются причиной формирования на выходе детекторной секции ЛДС помех. Эти помехи могут нарушать нормальную работу измерительных преобразователей и ограничивать дальность действия ЛДС (см. стр. 393-396, [22]). Кроме того, при передаче излучения СВЧ-генератора по волноводным линиям неизбежны потери мощности, как в линиях передачи, так и в местах сочленения волноводов, что снижает потенциал приемопередатчиков и общий КПД системы. Потери в обычных волноводах прямоугольного сечения, выполненных из латуни, например, в 8-мм диапазоне составляют от 0,8 дБ/м и выше в зависимости от их качества (см. стр. 429, [23]).

Кроме того, волноводы имеют высокую стоимость, подвержены коррозии, особенно в условиях агрессивной среды сортировочной горки, что сокращает их срок службы, и требуют периодического обслуживания. Наличие поблизости волноводных линий рельсовых цепей с блуждающими токами способствует не только ускорению коррозии, но и является причиной возникновения в цепях устройства электромагнитных помех, которые могут нарушать нормальную работу измерительных преобразователей и быть причиной выхода из строя некоторых узлов и блоков.

На точность измерения скорости отцепов, как видно из выражения (1), влияют не только погрешности измерительного преобразователя и определения угла α установки ЛДС относительно пути, но и нестабильность частоты f₀ СВЧ-генератора. Поэтому для уменьшения последней из указанных составляющих погрешности необходимо принятие мер по стабилизации частоты СВЧ-генератора. Нахождение СВЧ-генератора на путях, как это указано в прототипе, создает проблему стабилизации частоты в широком диапазоне температур (от минус 50 до плюс 50°) и его обслуживания, что также относится к недостаткам устройства-прототипа. Кроме того, его недостатком является сложность и громоздкость ЛДС из-за использования двух антенн.

Недостатком прототипа является также использование сложных аналоговых измерительных преобразователей «доплеровская частота-напряжение». Они также подвержены температурным и временным уходам параметров и характеристик, что являются причиной погрешности измерения скорости отцепов. При этом для получения бесперебойной информации о параметрах движения отцепов требуется достаточно большое количество преобразователей, дополнительно усложняющих аппаратную часть устройства и увеличивающих трудозатраты на изготовление и их обслуживание.

Таким образом, техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое изобретение, состоит в необходимости повышения надежности, помехозащищенности и эффективности скоростемера, а также упрощения конструкции и снижения его стоимости при изготовлении и затрат на обслуживание при сохранении функциональных возможностей прототипа.

Для решения указанной проблемы предложена радиофотонная система локационного определения параметров движения отцепов на сортировочной горке, состоящая из находящихся в аппаратурном боксе блока многоканальной обработки сигналов, радиофотонного источника СВЧ с выходом излучения на N каналов, а также множества из N радиофотонных локаторов, устанавливаемых на тормозных позициях, при этом радиофотонный источник СВЧ с выходом излучения на N каналов содержит полупроводниковый лазерный модуль, подключенный к входу электрооптического модулятора, к управляющему входу которого подключен СВЧ-генератор, а выход электрооптического модулятора подключен к входу делителя оптического излучения на TV каналов, выходы которых посредством первой N -канальной волоконно-оптической линии передачи (ВОЛП-1) связаны с оптическими входами множества из N радиофотонных локаторов, сигнальные выходы которых посредством второй N -канальной ВОЛП-2 подключены к сигнальным входам блока многоканальной обработки сигналов, при этом каждый радиофотонный локатор содержит оптический делитель излучения на два канала, фотодетекторный модуль, циркулятор, антенну и электрооптический модулятор, причем оптический вход радиофотонного локатора подключен к входу оптического делителя излучения на два канала, выход первого канала которого подключен к входу фотодетекторного модуля, выход которого подключен к первому порту циркулятора, второй порт которого подключен к антенне, а третий порт - к управляющему входу электрооптического модулятора, вход которого подключен к выходу второго канала делителя мощности, а выход электрооптического модулятора - к сигнальному выходу радиофотонного локатора, при этом блок многоканальной обработки сигналов содержит цифровой сигнальный процессор и множество из N оптических приемников сигналов ВОЛП-2, причем каждый из N оптических приемников содержит последовательно соединенные фотодетекторный модуль, усилитель сигналов доплеровской частоты и аналого-цифровой преобразователь, при этом выходы аналого-цифровых преобразователей соответственно подключены к сигнальным входам цифрового сигнального процессора, а входы фотодетекторных модулей являются сигнальными входами блока многоканальной обработки сигналов.

В результате поиска информации в источниках, связанных с применением радиолокационных систем на сортировочных горках ЖД транспорта, факта использования предлагаемых технических решений не обнаружено (см., например, литературу: [1, 2, 20, 24]). В литературе по радиолокации также не найдены источники информации, раскрывающие сущность предлагаемого изобретения (см., например, литературу: [25, 26]). На основании изложенного можно утверждать, что предлагаемое техническое решение обладает существенными отличиями от прототипа и соответствует критерию «Новизна».

Изобретение направлено на удовлетворение потребностей улучшения параметров и характеристик средств измерения скорости движения отцепов, что необходимо для повышения качества систем управления замедлителями на спускной части сортировочной горки. Этим достигается, в конечном счете, увеличение перерабатывающей способности и уменьшение потенциальных убытков от схода вагонов при отказе напольного оборудования. Поэтому предлагаемая система востребована на сети РЖД и может выпускаться промышленностью. Таким образом, заявляемое изобретение соответствует критерию «Промышленная применимость».

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена структурная схема радиофотонной системы локационного определения параметров движения отцепов на сортировочной горке, а на фиг. 2 - структурная схема выполнения радиофотонного локатора.

Радиофотонная система локационного определения параметров движения отцепов на сортировочной горке содержит (см. фиг. 1) блок многоканальной обработки сигналов БМОС, радиофотонный источник РФИ-СВЧ с выходом оптического излучения на N каналов, первую ВОЛП-1 и вторую ВОЛП-2 волоконно-оптические линии передачи и множество из N радиофотонных локаторов РФЛ от единицы до N. При этом радиофотонный источник РФИ-СВЧ содержит полупроводниковый лазерный модуль ПЛМ, подключенный к входу электрооптического модулятора ЭОМ, к управляющему входу которого подключен СВЧ-генератор СВЧ-Г, а выход электрооптического модулятора ЭОМ подключен к входу делителя оптического излучения ДОИ-N на N каналов. Выходы N каналов ДОИ-N посредством первой N-канальной волоконно-оптической линии передачи ВОЛП-1 связаны с соответствующими оптическими входами множества из N радиофотонных локаторов РФЛ, сигнальные выходы которых посредством второй N -канальной волоконно-оптической линии передачи ВОЛП-2 подключены к соответствующим сигнальным входам блока многоканальной обработки сигналов БМОС.

Радиофотонные локаторы РФЛ устанавливаются на ТП сортировочной горки на высоте вагонной автосцепки, диаграмма направленности ориентируется по диагонали контролируемого участка в соответствие с рекомендациями, изложенными на стр. 116-124 в [20]. При этом каждый радиофотонный локатор РФЛ содержит делитель оптического излучения ДОИ-2 на два канала, фотодетекторный модуль ФДМ, циркулятор Ц, антенну А и электрооптический модулятор ЭОМ, причем оптический вход радиофотонного локатора РФЛ подключен к входу делителя оптического излучения ДОИ-2 на два канала, выход первого канала которого подключен к входу фотодетекторного модуля ФДМ, выход которого подключен к первому порту циркулятора Ц, второй порт которого подключен к антенне А, а третий порт - к управляющему входу электрооптического модулятора ЭОМ, вход которого подключен к выходу второго канала делителя оптического излучения ДОИ-2, а выход электрооптического модулятора ЭОМ - к сигнальному выходу радиофотонного локатора РФЛ.

Блок многоканальной обработки сигналов БМОС содержит цифровой сигнальный процессор ЦСП и множество из N оптических приемников ВОЛП-2, каждый из которых содержит последовательно соединенные фотодетекторный модуль ФДМ, усилитель сигналов доплеровской частоты УСДЧ и аналого-цифровой преобразователь АЦП, выходы последних подключены к соответствующим входам цифрового сигнального процессора ЦСП, а входы фотодетекторных модулей ФДМ являются сигнальными входами с первого по N-й блока многоканальной обработки сигналов БМОС.

Цифровой сигнальный процессор ЦСП содержит постоянное ПЗУ и оперативное ОЗУ запоминающие устройства, вычислительное ядро, первый ПП-1 и второй ПП-2 универсальные асинхронные приемопередатчики шины передачи данных. Посредством приемопередатчика ПП-1 блок многоканальной обработки сигналов БМОС связан с системой горочной автоматической централизации ГАЦ, отслеживающей отцепы на спускной части горки и управляющей работой замедлителей. Приемопередатчик ПП-2 обеспечивает связь с персональным компьютером ПК, который используется для программирования ЦСП и контроля работоспособности системы при выполнении ремонтных и регламентных работ. Взаимные связи внутри цифрового сигнального процессора ЦСП ввиду их виртуальности показаны на фиг. 1 условно.

Антенна А (см. фиг. 1, 2) радиофотонных локаторов РФЛ может иметь различные варианты исполнения, например, в виде рупорно-линзовой антенны, используемой в скоростемере РИС-ВЗМ (см. стр. 110, 111, рис. 3.26, [20]). Эта антенна представляет собой гладкий конический рупор, в раскрыве которого установлена фокусирующая диэлектрическая линза. Коэффициент усиления антенны более 30 дБ. Ширина диаграммы направленности по уровню половинной мощности около 6° в обеих плоскостях. Линза выполнена из радиопрозрачного материала - фторопласта 4.

СВЧ-генератор СВЧ-Г, может быть выполнен, например, в виде СВЧ генераторного модуля в объемном или полосковом исполнении на основе транзистора (см. стр. 88, рис. 3.7 книги [27]), на диоде Ганна или лавинно-пролетном диоде в волноводном или полосковом исполнении (см. стр. 194, 195, рис. 4.24 и 4.25, [28]). Частота колебаний СВЧ-генератора СВЧ-Г, например, 37,5 ГГц, может быть стабилизирована синтезатором частоты или при помощи дополнительного высокодобротного резонатора, как в скоростемере РИС-ВЗМ, что не меняет сути предлагаемого изобретения.

Полупроводниковый лазерный модуль ПЛМ может быть выполнен на основе InCaAsP/InP лазерного диода с распределенной обратной связью. Для регулировки и стабилизации мощности излучения лазерного модуля обычно применяется плата управления, использующая фотодиод обратной связи, установленный внутри корпуса лазерного диода (см. рис. 1 статьи [29]).

В качестве электрооптического модулятора ЭОМ может использоваться модулятор бегущей волны на основе интегрального интерферометра Маха-Цендера, обладающего на сегодня наилучшими характеристиками по сравнению с иными типами модуляторов. Он выполнен на кристалле ниобата лития (LiNbO3), в котором коэффициенты пропускания плеч интерферометра одинаковые, а коэффициенты деления мощности в Y-разветвителях равны 0,5 (см. раздел 2.2 «Принцип работы электрооптического модулятора Маха-Цендера» статьи: [30]). На подложке устанавливаются управляющие электроды, подача напряжения на которые, создает электрическое поле, изменяющее оптическую длину пути волноводов. Варьирование управляющего напряжения приводит к модуляции интенсивности излучения, проходящего от лазерного модуля ПЛМ на выход электрооптического модулятора ЭОМ.

Каждый из N каналов волоконно-оптических линий передачи ВОЛП-1 и ВОЛП-2 (см. фиг. 1) представляют собой оптический тракт, выполненный на основе отрезка одномодового оптического волокна (см. стр. 194-198, рис. 91в, [31]). Оптические волокна могут быть объединены в оптический кабель, состоящий из N волокон (см. стр. 137-160, [32]).

Фотодетекторные модули ФДМ в радиофотонных локаторах РФЛ и модули с первого ФДМ-1 по N-й ФДМ-N, входящие в состав блока многоканальной обработки сигналов БМОС, представляют собой узел волоконно-оптической линии передачи СВЧ сигналов, на вход которого подается модулированный по интенсивности оптический сигнал, поступающий по ОВЛП с выхода электрооптического модулятора ЭОМ. Оптический сигнал через оптический соединитель модуля и отрезок оптического волокна поступает на фотодиод Шоттки, который выполнен, например, на основе гетероструктуры InAlA/InOaAs/InP. Фотодиод Шоттки включен в копланарную линию передачи, согласующую его с радиочастотным соединителем, с которого снимается детектированный сигнал (см. рис. 2, [29]).

Делители оптического излучения ДОИ-2 и ДОИ-N позволяют распределять подводимое излучение на требуемое число волоконных каналов и могут быть изготовлены из дешевых материалов: стекла, полимеров, оптической керамики. Сплавные биконические делители, основанные на взаимодействии полей сплавляемых волокон, обеспечивают вносимые потери 0,1 дБ в делителе на два канала (см. стр. 475-476, [33]). Эти делители простые в изготовлении и могут использоваться в качестве ДОИ-2. Они позволяют с высокой точностью регистрировать коэффициент деления непосредственно в процессе сплавления волокон.

Два варианта изготовления звездообразного делителя 1×N с линейно изменяющимся зазором приведены на рис. 15.15а и 6, стр. 476, [33]. Еще один вариант делителя (см. стр. 477, рис. 15.16, [33]) состоит из оптического интегратора - диэлектрического цилиндра большого диаметра, к равномерно освещенному торцу которого пристыкован волоконный жгут. Такая структура обеспечивает высокую однородность оптической мощности в каждом из N каналов.

Блок многоканальной обработки сигналов БМОС (см. фиг. 1) выполняет одновременно функции обработки доплеровских сигналов с целью получения информации о скорости отцепов, преобразования результатов обработки в цифровой код и обмена цифровыми данными с системой ГАЦ. Основным элементом блока является цифровой сигнальный процессор ЦСП, который может быть реализован на основе микросхемы сигнального процессора, например, типа TMS320F2808 фирмы Texas Instrument [34]. В состав ЦСП входят блоки, выполняющие следующие функции: универсальный асинхронный приемопередатчик шины первого порта ПП-1, который осуществляет обмен информацией с системой ГАЦ посредством интерфейса RS-485; приемопередатчик шины второго последовательного порта ПП-2 для связи с персональным компьютером ПК; постоянное запоминающее устройство ПЗУ, хранящее программу обработки сигналов, управления и константы, необходимые для обработки сигналов; высокоскоростное вычислительное ядро, выполняющее все функции цифровой обработки сигнала (спектральный анализ, цифровую фильтрацию сигнала и формирование выходных данных для передачи в систему ГАЦ и отображения информации в персональном компьютере ПК); оперативное запоминающее устройство ОЗУ, выполняющее функции запоминания текущих значений и результатов отработки сигналов.

Аналого-цифровые преобразователи с АЦП-1 по АЦП-N блока многоканальной обработки сигнала БМОС предназначены для преобразования мгновенных значений доплеровских сигналов в последовательности цифровых данных, поступающих далее на соответствующие сигнальные порты ЦСП. Принципы построения АЦП широко известны, причем промышленностью выпускается обширная номенклатура этих микросхем (см., например, [35]), из которых можно выбрать АЦП с нужными параметрами.

Усилители сигналов доплеровской частоты с УСДЧ-1 по УСДЧ-N блока многоканальной обработки сигнала БМОС служат для увеличения уровня полученных с выходов фотодетекторных модулей сигналов. Данные усилители могут быть выполнены на операционных усилителях (см. стр. 31-33, рис. 2.1, рис .2.2, [36]).

В состав радиофотонной системы могут входить дополнительные элементы, не изменяющие суть изобретения. Например, между первым портом циркулятора Ц и выходом фотодетекторного модуля ФДМ в радиофотонных локаторах РФЛ (см. фиг. 2) могут быть установлены усилители мощности СВЧ, а усилители сигналов доплеровской частоты УСДЧ блока многоканальной обработки сигнала БМОС могут быть выполненными с элементами фильтрации сигналов доплеровской частоты, ограничивающими полосу пропускания до пределов диапазона доплеровских частот, например, от 105 до 2450 Гц, как в скоростемере РИС-ВЗМ [20].

Радиофотонная система для определения параметров движения отцепов на сортировочной горке работает следующим образом.

После подачи на систему напряжения от источника питания (на фиг. 1 не показан) в цифровом сигнальном процессоре ЦСП блока многоканальной обработки сигналов БМОС вычислительным ядром в соответствие с подпрограммой «Установка» [34] производится сначала настройка периферийных устройств, распределение внутренней памяти, установка значений внутренних переменных, копирование исполняемого кода команд из ПЗУ с низкой производительностью в высокопроизводительное ОЗУ и подача команды «Выборка из АЦП и сохранение результатов в памяти», по которой ЦСП переходит в режим готовности приема оцифрованных сигналов от АЦП с последующим формированием массива данных в памяти ОЗУ.

При подаче на устройство напряжения питания в СВЧ-генераторе СВЧ-Г (см. фиг. 1) возникают колебания СВЧ на частоте со₀, которые поступают на управляющий вход электрооптического модулятора ЭОМ. Одновременно в полупроводниковом лазерном модуле ПЛМ возникает оптическое когерентное излучение, которое поступает на вход электрооптического модулятора ЭОМ. Данное излучение в соответствие с принципом действия электрооптического модулятора (см. раздел 2.2 статьи [30]) под действием управляющего напряжения СВЧ-генератора СВЧ-Г подвергается амплитудной модуляции (AM). Интенсивность светолучевого потока Ф_эом(t) во времени t на выходе электрооптического модулятора ЭОМ описывается следующим выражением:

,

где Ф₀ - интенсивность потока излучения при отсутствии СВЧ модуляции;

m_cвч - коэффициент AM лучевого потока;

ω₀ - частота модуляции сигналом СВЧ-генератора;

ϕ - начальная фаза модулирующего сигнала.

Выходное излучение (1) электрооптического модулятора ЭОМ, поступающее на вход делителя оптического излучения ДОИ-N, делится на N каналов. После его прохождения через N -канальную волоконно-оптическую линию передачи ОВЛП-1 излучение поступает на оптические входы N радиофотонных локаторов РФЛ.

Поступающее на оптические входы радиофотонных локаторов РФЛ излучение в делителе оптического излучения ДОИ-2 делится на два канала (см. фиг. 2). С выхода первого канала излучение поступает на вход фотодетекторного модуля ФДМ. Этот модуль преобразует модулированный по интенсивности оптический поток (1) в электрические колебания СВЧ тока. Выражение для этих колебаний без учета задержка излучения в волоконно-оптической линии передачи ОВЛП-1 имеет вид:

где

- амплитуда электрического сигнала СВЧ;

Ф₀ - интенсивность потока излучения при отсутствии модуляции;

S₀ - интегральная токовая чувствительность фото детектора [37];

Z₀ - сопротивление нагрузки фотодетектора;

m_cвч - коэффициент глубины AM лучевого потока;

ω₀ - частота модуляции оптического излучения сигналом СВЧ-генератора;

ϕ- начальная фаза модулирующего сигнала.

С выхода фотодетекторного модуля ФДМ колебания (2), прошедшие по пути: первый порт - второй порт циркулятора Ц, в виде зондирующего радиосигнала поступают в антенну А и излучаются в контролируемое пространство ТП, определяемое диаграммой направленности антенны А. Выражение для зондирующего радиосигнала е_зонд (t) имеет вид:

где ^_ амплитуда зондирующего радиосигнала.

При наличии в контролируемом пространстве ТП движущегося отцепа часть мощности излучения отражается от его поверхности и возвращается обратно в антенну А, где преобразуется в СВЧ-колебания е_отр(t) отраженного радиосигнала, выражение для которого имеет вид

,

где

- амплитуда отраженного радиосигнала;

- безразмерный коэффициент ослабления амплитуды излучаемого сигнала по пути распространения до поверхности отцепа и обратно, приведенный к порту антенны А;

- частота Доплера;

δ₀ - начальный фазовый сдвиг, который определяется положением отцепа в момент времени t=0 начала регистрации доплеровского сигнала;

V_p - относительная радиальная скорость движения отцепа относительно радиофотонного локатора РФЛ;

R_отц - текущее расстояние от РФЛ до отцепа;

с - скорость распространения радиоволн;

Р_зонд - средняя мощность зондирующего радиосигнала;

P_min - минимальная обнаруживаемая (пороговая) мощность отраженного радиосигнала;

G_A - коэффициент усиления антенны А;

- длина волны СВЧ излучения;

ω₀ - частота СВЧ излучения;

σ_отц - эффективная площадь рассеяний облучаемой поверхности отцепа;

ϕ - начальная фаза колебаний СВЧ-генератора СВЧ-Г.

Колебания отраженного радиосигнала (4) далее после прохождения по пути: второй порт - третий порт циркулятора Ц, поступают на управляющий вход электрооптического модулятора ЭОМ, на оптический вход которого со второго выхода делителя оптического излучения ДОИ-2 поступает часть излучения (1), которое подвергается дополнительной AM отраженным радиосигналом (4). Электрооптический модулятор ЭОМ в данном случае выполняет функцию смесителя-преобразователя частоты (см. рис. 8, [38]). Обычно амплитуда отраженного радиосигнала даже при малой дальности до отцепа более чем на 20 дБ меньше амплитуды зондирующего радиосигнала, т.е. . При таком условии интенсивность светолучевого потока на выходе электрооптического модулятора ЭОМ радиофотонного локатора РФЛ с учетом фактического выполнения неравенства описывается следующим выражением:

где

- интенсивность потока излучения при отсутствии отраженного радиосигнала;

- коэффициент глубины AM лучевого потока;

- глубина AM излучения, вызванная воздействием отраженного от отцепа радиосигнала;

Ω_Д - частота Доплера;

δ₀ - начальный фазовый сдвиг доплеровского сигнала;

ω₀ - частота модуляции сигналом СВЧ-генератора;

ϕ - начальная фаза модулирующего радиосигнала.

Излучение (5) с выхода электрооптического модулятора ЭОМ через сигнальный выход радиофотонного локатора РФЛ, соответствующий канал второй N -канальной волоконно-оптической линии передачи ВОЛП-2 и соответствующий сигнальный вход блока многоканальной обработки сигналов БМОС поступает на вход соответствующего фотодетекторного модуля ФДМ.

Известно, что входящий в состав фотодетекторного модуля ФДМ фотодиод является существенно нелинейным электрическим элементом (см. стр. 104, [37]), который для воздействующего светолучевого потока можно считать безынерционным, в зависимости от типа обеспечивающим работу до 100 ГГц и выше. Поэтому ток через нелинейный элемент фотодиода в каждый момент времени определяется мгновенными значениями воздействия (5):

На выходной нагрузке Z_н фотодиода кроме постоянной составляющей выделяется напряжение , имеющее две переменные составляющие:

где

S₀ - интегральная токовая чувствительность фотодиода [37];

Z_н - входное сопротивление нагрузки фотодиода;

- мгновенное напряжение СВЧ колебаний:

- мгновенное напряжение доплеровского сигнала:

- амплитуда СВЧ колебаний;

- амплитуда доплеровского сигнала;

К_дет - коэффициент детектирования AM СВЧ колебаний;

- интенсивность потока излучения при отсутствии отраженного радиосигнала;

- коэффициент глубины AM лучевого потока СВЧ колебаниями;

- глубина AM излучения, вызванная воздействием отраженного от отцепа радиосигнала;

Ω_д - частота Доплера;

δ₀ - начальный фазовый сдвиг доплеровского сигнала;

ω₀ - частота модуляции лазерного излучения сигналом СВЧ-генератора;

ϕ - начальная фаза модулирующего сигнала СВЧ-генератора;

- мгновенные значения шумов на выходе фотодетекторного модуля

ФДМ, обусловленные преимущественно шумами полупроводникового лазерного модуля ПЛМ и СВЧ-генератора СВЧ-Г.

Сигнал СВЧ (8) на выходе фотодетекторного модуля ФДМ подавляется параллельным подключением конденсатора с емкостью в несколько десятков пФ, а доплеровский сигнал (9) вместе с шумовой составляющей с выхода модуля ФДМ (см. фиг. 1) соответствующего канала после усиления и фильтрации усилителем сигнала доплеровской частоты УСДЧ поступает на сигнальный вход АЦП. В АЦП сначала выполняется операция дискретизации сигнала по времени с частотой выборки , причем , где частота доплеровского сигнала при максимальной ожидаемой скорости отцепа. Затем во время действия очередных тактовых импульсов в АЦП происходит выборка и запоминание мгновенных значений сигнала (9) в виде импульсов, амплитуда которых равна мгновенным значениям этих сигналов. Уровни этих импульсов далее в АЦП преобразуются в цифровые значения, которые в виде параллельного кода через сигнальный порт ЦСП многоканального блока обработки сигналов МБОС поступают в ОЗУ ЦСП в качестве массива данных, полученных для принятого сигнала k-го отсчета:

где - цифровые отсчеты мгновенных значений доплеровского сигнала, полученные от k-го тактового импульса.

Шумовая составляющая на выходе модуля ФДМ в результате дискретизации и оцифровки мгновенных значений отсчетов вследствие эргодичности процессов в среднем по реализациям k отсчетов сохраняет свое среднеквадратическое значение σ_ш уровня шума. Значение уровня шума σ_ш может быть рассчитано или измерено экспериментально при отсутствии отцепа в поле излучения антенны А и учтено в программе работы ЦСП.

По полученным значениям массива данных (10), используя достаточное множество отсчетов по к, вычислительным ядром ЦСП выполняется операция быстрого преобразования Фурье (БПФ) по алгоритму, например, «Radix2» с применением оконной функции Хеннинга, при этом для доплеровского сигнала находится спектр [39]. Для этого спектра вычислительным ядром ЦСП определяется текущее значение амплитуды и частоты первой гармоники доплеровского сигнала от отцепа.

Далее для полученных отсчетов амплитуды вычислительным ядром ЦСП вычисляют текущие значения отношений сигнал-шум , где - среднеквадратическое значение уровня шумов на выходе модуля ФДМ, хранящееся в ПЗУ ЦСП как константа. Полученные значения отношений сигнал-шум вычислительным ядром ЦСП сравниваются с хранящимся в ПЗУ ЦСП пороговым значением отношения сигнал-шум . Данная операция в радиолокации называется решением задачи обнаружения сигнала от объекта локации. В случае выполнения неравенства эта операция означает наличие отцепа на контролируемом участке ТП. При этом значениям частоты первой гармоники после обнаружения наличия отцепа вычислительным ядром ЦСП присваиваются номера m для последующих отсчетов. При этом множество значений частот для обнаруженного отцепа на контролируемом участке ТП заносятся в память ОЗУ ЦСП в виде массива данных:

где

- частота спектра доплеровского сигнала, полученная от т -го отсчета движущегося отцепа (здесь ).

По полученным значениям доплеровских частот (11) с учетом значений констант и b, хранящихся в памяти ОЗУ ЦСП, вычислительным ядром ЦСП рассчитывается путевая скорость движения m-го отсчета контролируемого отцепа, по следующей формуле:

где

- путевая скорость движения контролируемого отцепа в момент m-го отсчета;

с - скорость распространения радиоволн;

- значение круговой доплеровской частоты m-го отсчета;

f ₀ - циклическая частота излучения РФЛ;

R₀ - расстояние от места установки РФЛ до точки пересечения оси диаграммы направленности антенны с осью ЖД пути на контролируемом участке ТП;

f _рфл - расстояние от места установки РФЛ в междупутье до оси ЖД колеи;

b - ширина вагона (см. рис. 3.28, [20]).

Результаты вычисления скорости отцепа вычислительным ядром ЦСП последовательно при изменении номера отсчета m сглаживаются, например, применением операции «скользящее среднее» или алгоритма фильтрации Калмана и вносятся в память ОЗУ ЦСП в виде массива данных скорости контролируемого отцепа.

Результаты вычисления текущих значений скорости отцепа, рассчитанные согласно (12) для каждой сглаженной реализации, поступают в память ОЗУ и ПЗУ ЦСП, а также передаются через шинный приемопередатчик ПП-1 ЦСП в компьютер системы ГАЦ. Системой ГАЦ производится управление замедлителями, контроль текущего положения отцепов, передача команд радиофотонной системе о появлении отцепов в зоне контроля соответствующего радиофотонного локатора РФЛ, отображение информации о движении отцепов и их расположении на сортировочной горке, а также документирование процесса роспуска.

При работе радиофотонной системы из-за флуктуаций отраженного от отцепов радиосигналов, вызванных интерференцией волн от отдельных «блестящих» точек отцепов, которые вызывают замирания и пропадания отраженного сигнала, возможна кратковременная потеря информации об отцепе. Для исключения этого явления при пропаданиях доплеровского сигнала цифровой сигнальный процессор ЦСП переходит в режим памяти предыдущего значения до тех пор, пока не произойдет новое обнаружение сигнала (но не более двух секунд).

Применение в предлагаемом устройстве волоконно-оптических линий передачи ВОЛП, которые на сегодня обладают наилучшими параметрами и характеристиками по величине погонных потерь и пр., увеличило КПД линии передачи излучения от СВЧ-генератора к локационным датчикам. Например, потери ВОЛП, выполненной из кварца, при длине волны λ=1,3 мкм, составляют 0,36 дБ/км (см. стр. 231, [40]), а в волноводной линии передачи, как отмечалось, в 8-мм диапазоне в лучшем случае 0,8 дБ/м [23]. Частотный диапазон для комплектующих ВОЛП к настоящему времени превышает 100 ГГц.

Волоконные линии изготовлены из диэлектрика, поэтому они устойчивы к действию электромагнитных наводок и помех. Оптическое волокно не подвержено коррозии и разрушению в агрессивной среде сортировочной станции. Вибрационные воздействия на оптический кабель не вызывают изменения фазы передаваемых СВЧ колебаний, и, тем самым, не создают помехи в каналах сигналов доплеровской частоты. Кроме того, оптические линии передачи массово выпускаются промышленностью и имеют низкую стоимость. Срок службы волоконных линий передачи более 25 лет, в чем по сравнению с волноводными линиями передачи из металлических труб они имеют дополнительное преимущество.

Цифровая обработка доплеровских сигналов в предлагаемом устройстве без использования аналоговой операции преобразования «доплеровская частота-напряжение» позволяет исключить погрешность, обусловленную температурной и временной нестабильностью параметров измерительных преобразователей. Использование вместо матричного переключающего устройства и нескольких измерительных преобразователей в устройстве-прототипе одного блока многоканальной обработки в предлагаемой системе обеспечивает упрощение конструкции и снижение трудозатрат на их изготовление и обслуживание. Этим достигается также повышение эффективности использования локационной системы на сортировочной горке.

Нахождение СВЧ-генератора не на путях, а в боксе или стойке, например, в кроссовом помещении центрального поста, в котором есть возможность создать нормальные условия эксплуатации аппаратуры, облегчает стабилизацию его частоты, что способствует повышению точности определения скорости отцепов. Такое размещение аппаратуры также способствует улучшению качества обслуживания блоков и узлов системы, что также относится к достоинствам предлагаемого устройства. Кроме того, его достоинством является упрощение конструкции и уменьшение габаритных размеров локационных датчиков из-за использования в нем одной антенны.

Таким образом, заявляемое изобретение обеспечивает повышение надежности, помехозащищенности и эффективности системы определения скорости отцепов, а также упрощение конструкции и снижение ее стоимости при изготовлении и затрат на обслуживание при сохранении функциональных возможностей прототипа.

Литература

1. Проектирование сортировочных устройств: учеб. пособие / Под ред. Е.Э. Червотенко. - Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2014. - 75 с.

2. Григорин-Рябов В.В., Вериго В.М., Шелухин О.И., Шелухин В.И. Радиотехнические железнодорожные устройства. - М.: Транспорт, 1986.- 161 с.

3. Носков В.Я., Смольский С.М., Игнатков К.А. и др. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Часть 11. Основы реализации автодинов // Успехи современной радиоэлектроники. 2019. №2. С. 5-33.

4. Носков В.Я., Игнатков К.А. Применение стабилизированного двухдиодного автодина в радиолокационном датчике для сортировочных горок // 22-я Международная Крымская конференция «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии» (КрыМиКо'2012). Севастополь, 2012. С. 893-896.

5. Патент US 3710385 A, опубл. 09.01.1973. Vehicle initial speed and stopping distance indicator / Howard et al.

6. Ермак Т.П., Варавин A.B., Попов И.В. и др. Радиолокационный датчик контроля наличия и скорости подвижного состава на территориях сортировочных горок // Наука и инновации. 2009. Т. 5. №5. С. 9-16. (укр) Интернет: http://dspace.nbuv.gov.ua/xmlui/handle/123456789/27893.

7. Носков В.Я., Смольский С.М., Игнатков К.А. и др. Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазонов и их применение. Часть 10. Основы анализа и расчета параметров автодинов с учетом шумов // Успехи современной радиоэлектроники. 2018. №3. С. 18-52.

8. Уманский Г.М. Электронный измеритель скорости ЭС-ЦНИИ // Автоматика, телемеханика и связь. 1962. №5. С. 13-19.

9. Авт. свид. SU 305414 A, опубл. 04.06.1971, бюл. 18. МПК G01P 3/42. Радиолокационный измеритель скорости движения вагонов / Ю.В. Ваванов и др.

10. Патент DE 2126663 A, опубл. 07.12.1971. МПК В61К 7/12, G01S 9/44, G01S 13/583(EP). Verfahren zum Ermitteln der Geschwindigkeit von Fahrzeugen / Grafmger

11. Шелухин В.И. Датчики измерения и контроля устройств железнодорожного транспорта. - М.: Транспорт, 1990. - 119 с.

12. Ваванов Ю.В., Вериго A.M., Дагаева Н.Х. и др. Радиолокационный измеритель скорости движения отцепов для сортировочных горок // Автоматика, телемеханика и связь. 1977. №9. С. 3-5.

13. Патент US 4172256 A, опубл. 23.10.1979. МПК G01S 13/92 (ЕР), G01S 9/44. Circuit for speed measurement of vehicles according to the Doppler-radar principle / Pacozzi.

14. Радиолокационный измеритель скорости железнодорожных вагонов на сортировочной горке / Ю.Н. Кузнецов, Л.Ф. Михайлов, В.А. Парилов и др. // Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ. 1982. №7. С. 56-58.

15. Вериго A.M., Ваванов Ю.В., Тенн Ф.А. и др. Радиолокационный измеритель скорости движения вагонов // Автоматика, телемеханика и связь. 1983. №3. С. 7-9.

16. Шелухин В.И., Колесниченко Н.Н., Пыжьянов В.Г. Модифицированный радиолокационный измеритель скорости отцепов // Автоматика, телемеханика и связь. 1988. №8. С. 8-10.

17. Шелухин В.И., Шелухин О.И. Многофункциональный горочный датчик параметров движения // Автоматика, телемеханика и связь. 1991. №4. С. 10-14.

18. Патент RU 2003543 C1, опубл. 30.11.1993, бюл. 43-44. МПК B61L 17/00.

Устройство для измерения параметров движения отцепов на сортировочной горке / В.И. Шелухин и др.

19. Патент RU 2229404 C2, опубл. 27.05.2004, бюл. 15. МПК B61L 17/00. Способ измерения скорости движения отцепов на сортировочной горке и устройство, его реализующее / П.В. Чернов и др.

20. Шелухин В.И. Автоматизация и механизация сортировочных горок: Учебник для техникумов и колледжей ж.-д. транспорта. - М.: Маршрут, 2005.-240 с.

21. Авт.свид. SU 265170 A, опубл. 09.03.1970, бюл. 10. МПК B61L 3/12. Устройство для измерения скорости движения отцепов на автоматизированной сортировочной горке / Ю.В. Ваванов и др.

22. Радиолокационные устройства (теория и принципы построения) / Под ред. Григорина-Рябова В.В. - М.: Советское радио, 1970. - 680 с.

23. Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. - М.: Высшая школа, 1970. - 440 с.

24. Марюхненко B.C. Радиолокационные системы на железнодорожном транспорте. Перспективы применения. - Иркутск: ИрГУПС, 2017. - 146 с.

25. Справочник по радиолокации / Под ред. М.И. Сколника. В 2 книгах. Книга 1. Москва: Техносфера, 2014.

26. Костенко А.А., Хлопов Г.И. Когерентные системы ближней и сверхближней радиолокации миллиметрового диапазона. - Харьков: ИПЦ «Контраст», 2015. - 352 с.

27. Баранов А.В., Кревский М.А. Транзисторные генераторы гармонических СВЧ колебаний. - М.: Горячая линия - Телеком, 2021. - 276 с.

28. Малышев В.А. Бортовые активные устройства сверхвысоких частот.- Л.: Судостроение, 1990, 264 с.

29. Малышев С.А., Чиж А.Л., Микитчук К.Б. Волоконно-оптические лазерные и фотодиодные модули СВЧ-диапазона и системы радиофотоники на их основе // Материалы 4-й Всероссийской конференции «Электроника и микроэлектроника СВЧ», Санкт-Петербург, Россия, 2015. С. 10-18.

30. Щербаков В.В., Солодков А.Ф., Задерновский А.А. Генерация оптических сигналов, устойчивых к дисперсионной деградации мощности // Радиоэлектроника. Наносистемы. Информационные технологии. 2019. Т. 11. №2. С. 161-176.

31. Самохвалов М.К. Элементы и устройства оптоэлектроники. - Ульяновск: УлГТУ, 2015. - 223 с.

32. Скляров O.K. Волоконно-оптические сети и системы связи. - М.: СОЛОН-Пресс, 2016. - 272 с.

33. Активные фазированные антенные решетки / Под ред. Д.И. Воскресенского и А.И. Канащенкова. - М.: Радиотехника, 2004. - 488 с.

34. Руководство пользователя: Семейство микроконтроллеров MSP430X1XX. Пер. с англ. - М.: ЗАО «Компэл», 2004. - 368 с.

35. Лебедев О.Н., Марцинкявичюс А.-Й.К., Багданскис Э.-А.К. и др. Микросхемы памяти, ЦАП и АЦП: Справочник. - М.: КУбК, 1996. 384 с.

36. Щербаков В.И., Грездов Г.И. Электронные схемы на операционных усилителях: Справочник. - К.: Техника, 1983, 213 с.

37. Гречишников В.М. Схемотехника волоконно-оптических устройств: учеб. пособие. - Самара: Изд-во Самарского университета, 2018. - 172 с.

38. Бирюков В.В., Грачев В.А., Капустин С.А. и др. Радиофотонные методы генерации и обработки радиочастотных сигналов. Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2018. Т. 21. №3. С. 93-100.

39. Носков В.Я., Богатырев Е.В., Игнатков К.А., Черных О.А., Шайдуров К.Д. Метод повышения помехоустойчивости радиолокационных датчиков с переключением частоты. Ural Radio Engineering Journal. 2021. Т. 5. №3. С. 284-304.

40. Кауфман М., Сидман А.Г. Практическое руководство по расчетам схем в электронике: Справочник. Том 2. - М.: Энергоатомиздат, 1993. - 288 с.

Изобретение относится к области железнодорожной (ЖД) автоматики и телемеханики. Технический результат изобретения заключается в повышении надежности, помехозащищенности и эффективности скоростемера, а также упрощении конструкции. Для этого радиофотонная система локационного определения параметров движения отцепов на сортировочной горке, состоящая из находящихся в аппаратурном боксе блока многоканальной обработки сигналов, радиофотонного источника СВЧ, делителя оптического излучения на N каналов, а также множества из N радиофотонных локаторов, устанавливаемых на тормозных позициях, дополнительно в радиофотонном источнике СВЧ содержит полупроводниковый лазерный модуль, подключенный к входу электрооптического модулятора, к управляющему входу которого подключен СВЧ-генератор, а выход электрооптического модулятора подключен к входу делителя оптического излучения на N каналов, выходы которых посредством первой N-канальной волоконно-оптической линии передачи (ВОЛП-1) связаны с оптическими входами множества из N радиофотонных локаторов, сигнальные выходы которых посредством второй N-канальной ВОЛП-2 подключены к сигнальным входам блока многоканальной обработки сигналов. Каждый радиофотонный локатор содержит оптический делитель излучения на два канала, фотодетекторный модуль, циркулятор, антенну и электрооптический модулятор. 2 ил.

1. Радиофотонная система локационного определения скорости отцепов на сортировочной горке, содержащая блок сверхвысокочастотных (СВЧ) колебаний, блок многоканальной обработки сигналов (БМОС), множество из N устанавливаемых на тормозных позициях локационных датчиков скорости (ЛДС), при этом блок СВЧ колебаний включает в себя СВЧ-генератор, каждый из N ЛДС включает в себя антенну, а блок СВЧ колебаний связан посредством первой многоканальной линии передачи с входами ЛДС, сигнальные выходы которых посредством второй многоканальной линии передачи связаны с сигнальными входами БМОС, отличающаяся тем, что в блок СВЧ колебаний дополнительно введены полупроводниковый лазерный модуль, электрооптический модулятор и делитель оптического излучения на N каналов, причем полупроводниковый лазерный модуль, подключен к входу электрооптического модулятора, к управляющему входу которого подключен СВЧ-генератор, а выход электрооптического модулятора подключен к входу делителя оптического излучения на N каналов, в каждый из ЛДС дополнительно введены оптический делитель излучения на два канала, фотодетекторный модуль, циркулятор и электрооптический модулятор, причем вход ЛДС подключен к входу оптического делителя излучения на два канала, выход первого канала которого подключен к входу фотодетекторного модуля, выход которого подключен к первому порту циркулятора, второй порт которого подключен к антенне, а третий порт - к управляющему входу электрооптического модулятора, вход которого подключен к выходу второго канала делителя излучения, а выход электрооптического модулятора - к сигнальному выходу ЛДС, БМОС содержит цифровой сигнальный процессор (ЦСП) и множество из N оптических приемников сигналов, причем каждый из N оптических приемников содержит последовательно соединенные фото детекторный модуль, усилитель сигналов доплеровской частоты и аналого-цифровой преобразователь, при этом выходы аналого-цифровых преобразователей соответственно подключены к сигнальным входам ЦСП, а входы фотодетекторных модулей являются сигнальными входами БМОС, при этом первая и вторая многоканальные линии передачи выполнены в виде N-канальной волоконно-оптической линии передачи, а блоки СВЧ колебаний и БМОС помещены в бокс.