Приемник для рельсовой цепи Советский патент 1993 года по МПК B61L23/16 

Изобретение относится к железнодорожной автоматике и может быть использовано для контроля состояний рельсовой линии.

Известен приемник сигналов рельсовой цепи, содержащий последовательно соединенные согласующий элемент, полосовой фильтр, детектор огибающей, интегратор и пороговый элемент. Этот приемник реагирует на изменение уровня огибающей сигнала, поступающего на его вход из .рельсовой линии, и поэтому его работа может оказаться неустойчивой, например, при снижении в условиях помех или при загрязнении балласта и после выпадения осадков абсолютной величины огибающей ниже порога срабатывания выходного элемента, который зафиксирует в этом случае ложную занятость рельсовой линии. ..

Известен приемник, фиксирующий занятое или свободное состояние рельсовой линии по величине и знаку производной огибающей. Этот приемник обеспечивает достаточно достоверный прием информации, но без учета неравномерности функции спектральной плотности помех на выходе входного полосового фильтра.

Известен также приемник, выбранный в качестве прототипа, содержащий полосовой фильтр, с выходом которого связан ди- скретизатор, к выходу которого входами подключены элемент задержки и вычита- тель, детектор огибающей и соединенный входом с выходом последнего интегратор, и пороговый элемент, выходом подключенный к регистратору. К недостаткам этого приемника следует отнести низкую помехозащищенность. На входе приемников сигналов рельсовых цепей действуют коррелированные помехи, создаваемые токами тяговой сети и имеющие сложный характер распределения. Достаточно высокая корреляционная связь между временными сечениями реализации помех обусловлена природой их возникновения. Помехи рельсовых линий возникают в результате преобразования синусоидального.тягового то ка на электроподвижном составе либо на тяговой подстанции. При этом по характеру такие помехи являются квазидетер- минирован и ыми. Для защиты от мешающего действия помех в из.вестных приемниках используются полосовые фильтры, которые снижают их уровень, не нарушая корреляционных связей помех. Спектральная плотность помех на выходе полосового фильтра помимо.непрерывной составляющей содержит выбросы на частотах, кратных промышленной частоте 50 Гц. Наличие такой неравномерности функции

спектральной плотности снижает помехоустойчивость принятой в приемниках процедуры обработки сигналов. Для увеличения помехоустойчивости приемни- ков сигналов рельсовых цепей повышают уровень полезного сигнала, что увеличивает энергоемкость систем контроля состояний рельсовых линий.

Цель изобретения - повышение поме- хоустойчивости.

Сущность изобретения заключается в оптимизации по минимуму вероятности ошибки схемы обработки сигнала. Реализуемый приемником алгоритм обработки по

зволяет декоррелировать входную смесь

полезного сигнала и помехи. Для этого в приемник введены перемножитель, один вход которого подключен к выходу элемента задержки, а выход - к другому входу вычитателя, и блок задания коэффициента корреляции помех, выходом подключенный к другому входу перемножителя, при этом вход детектора огибающей подключён к выходу вычитателя, а вход порогового элемента соединен с выходом интегратора.

На чертеже представлена функциональная схема приемника для рельсовой цепи.. .

Приемник содержит связанный с рельсовой линией (не показана) входом фильтр 1, к выходу которого подключен дискретиза- тор 2, подключенные входами к его выходу через элемент 3 задержки перемножитель 4 и непосредственно - вычитатель 5, каскадно

соединенные детектор 6 огибающей,, интегратор 7 и пороговый элемент 8. При этом к другому входу перемножителя 4 подключен выходом блок 9 задания коэффициента корреляции помех, а вход детектора 6 огибающей подключен к выходу вычитателя 5.

Приемник, работает следующим образом. . ..

. Из рельсовой линии смесь y(t) полезного сигнала А(т.) и помех n(t) через фильтр 1

подается на вход дискретизатора 2. Дискре- тизатор 2 через равные временные интервалы Л t формирует отсчеты yi мгновенных значений сигнала y(t). С выхода дискретизатора 2 отсчеты yt подаются на элемент 3

задержки и на первый вход вычитателя 5. С выхода элемента 3 сигнал поступает на первый вход перемножителя 4. Время задержки сигнала в элементе 3 равно интервалу дискретизации Д т, то есть если на вход

элемента 3 подается отсчет сигнала в произвольный момент времени t, то на выходе этого элемента отсчет сигнала появится через интервал времени t- Дг в (т.-1)-й момент. На второй вход перемножителя 4 с выхода

блока 9 вводится значение гп корреляционной функции помех, которое подбирается экспериментально. В качестве блока 9 может служить делитель напряжения. На выходе перемножителя 4 в произвольный момент времени t будет действовать сигнал, пропорциональный произведению гп ум. Полученное произведение подается на второй вход вычитателя 5, в результате чего на его выходе образуется сигнал, равный (yt-Гп ум). Полученная разность затем детектируется детектором 6 огибающей и сглаживается интегратором 7. Время интегрирования сигнала в интеграторе 7 выбрано значительно большим интервала корреля- ции помех. Амплитуда огибающей с выхода интегратора 7 подается на выходной пороговый элемент 8, где сравнивается с заданным порогом. Выходной пороговый элемент 8 на основе сравнения входного с фиксиро- ванным порогом выносит решение о состоянии рельсовой линии. Решение выносится на основе анализа отношения правдоподобия

N rjW(Y,-Vyi-i-Ai-.i) 2 lnL( -

(у|/у1-.|)

i 1

где W(yi/yi-i) - условная плотность вероятностей распределения помех на входе приемника;

N - обьем выборки.

5 0 5 0

5

0

5

Если помеха имеет гауссовское распределение, логарифм отношения правдоподобия может быть приведен к виду

N Z E (УГГПУМ)( ЯгГп Я И).

I 1

где гп - коэффициент корреляции помех (выбранное значение корреляционой функции помех).

Согласно полученному алгоритму, де- корреляция помехи осуществляется путем вычитания из текущего отсчета входной реализации yi предыдущего ун с весом, равным значению нормированной корреляционной функции г помех.

Из приведенного алгоритма обработки следует также, что.в процессе работы будет осуществляться и декорреляция полезного сигнала Я (t). Поскольку корреляционные функции помех n(t) и сигнала Я (t) сильно отличаются, декорреляция полезного сигнала будет незначительной. В результате де- корреляции входной смеси y(t) будет разрушена корреляционная связь помехи n(t), что приведет, во-первых, к увеличению соотношения сигнал/помеха, то есть к увеличению помехоустойчивости приемника. Во-вторых, в результате работы декорреля- тора спектр помех на его выходе будет равномерным и приближаться к спектру белого шума, для которого указанная схема обработки сигнала является оптимальной в смысле минимума вероятности ошибки, что также эквивалентно повышению помехоустойчивости приемника.

Использование: в железнодорожной автоматике для контроля состояния рельсовой линии. Сущность изобретения: приемник для рельсовой цепи содержит фильтр 1, ди- скретизатор 2, элемент задержки 3,. перемножитель 4, вычитатель 5, детектор огибающей 6, интегратор 7, пороговый элемент 8, блок задания коэффициента корреляции помех 9. 1-2-3-4-6-7-8; 9-4; 5-6; 2-5. 1 ил.

Формула изобретения Приемник для рельсовой цепи, содержащий связанный с рельсовой линией входом фи-льтр, с выходом которого связан дискретизатор, к выходу которого входами подключены элемент задержки и вычита- тель, детектор огибающей и соединенный входом с выходом последнего интегратор, и пороговый элемент, выходом подключенный к регистратору, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, он снабжен подключенным одним входом к выходу элемента задержки перемножителем; выход которого подключен к другому входу вычитателя, и блоком задания коэффициента корреляции помех, выходом подключенным к другому входу перемножителя, причем вход детектора огибающей подключен к выходу вычитателя, а вход порогового элемента соединен с выходом интегратора.