СИСТЕМА МНОГОКАНАЛЬНОГО ЦИФРОВОГО РАДИОКОНТРОЛЯ РАБОТЫ АВТОМАТИКИ НЕОХРАНЯЕМЫХ ПЕРЕЕЗДОВ

СИСТЕМА МНОГОКАНАЛЬНОГО ЦИФРОВОГО РАДИОКОНТРОЛЯ РАБОТЫ АВТОМАТИКИ НЕОХРАНЯЕМЫХ ПЕРЕЕЗДОВ


RU (11) 2268186 (13) C2

(51) МПК
B61L 29/00 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(14) Дата публикации: 2006.01.20 
(21) Регистрационный номер заявки: 2004104605/11 
(22) Дата подачи заявки: 2004.02.18 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2004.02.18 
(43) Дата публикации заявки: 2005.07.27 
(45) Опубликовано: 2006.01.20 
(56) Аналоги изобретения: ВОЛКОВ А.А. и др. Система радиоконтроля работоспособности автоматики неохраняемых железнодорожных переездов ППЖТ // АСИ, 2003, №2, с.14-16. SU 1641691 A1, 15.04.1991. SU 1098853 А, 23.06.1984. SU 1386509 A1, 07.04.1988. 
(72) Имя изобретателя: Волков Анатолий Алексеевич (RU); Цыбуля Николай Артемович (RU) 
(73) Имя патентообладателя: Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ) (RU) 
(98) Адрес для переписки: 127994, Москва, ул. Образцова, 15, МИИТ 

(54) СИСТЕМА МНОГОКАНАЛЬНОГО ЦИФРОВОГО РАДИОКОНТРОЛЯ РАБОТЫ АВТОМАТИКИ НЕОХРАНЯЕМЫХ ПЕРЕЕЗДОВ

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики. Система состоит из аппаратуры центрального поста (ЦП) и переездов, включая кодеры-декодеры, железнодорожные радиостанции (ЖР). Система отличается от известных тем, что на ЦП кодограммой однократно манипулируется по фазе на 180° колебание несущей частоты передатчика ЖР, которое детектируется по фазе в приемнике ЖР на всех переездах сразу. Принятая кодограмма является началом отсчета передачи информации последовательно с каждого переезда на ЦП через определенный промежуток времени. Последний задается введенным реле времени. С каждого переезда информация передается с помощью колебания несущей частоты передатчика ЖР с двойной фазовой манипуляцией: по синфазному каналу - об исправности, а по квадратурному каналу - о неисправности. Демодулятор ЦП разделяет эту информацию по фазе, декодер - декодирует и передает на соответствующий индикатор. Система решает проблему дефицита рабочих частот, поскольку обеспечивает одновременную передачу кодовой информации и речи на одной рабочей частоте ЖР без взаимных помех. Кроме того, система повышает безопасность движения железнодорожного и автодорожного транспорта. 2 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики.

Известны системы контроля работы переездов, описанные в различных источниках, например в:

1. Волков А.А., Цыбуля Н.А., Байков П.П. Система радиоконтроля работоспособности автоматики неохраняемых ж.-д. переездов ППЖТ // АСИ № 2, 2003, с.14-16.

2. Бойник А.Б. и др. Автоматическая переездная сигнализация для подъездных путей // АТС № 12, 1983, с.7-9.

По технической сущности наиболее близкой к изобретению является система, описанная в первом источнике, которая по этой причине и принимается за его прототип.

Система-прототип размещается на центральном посту (ЦП) и переездах, расположенных радиально относительно ЦП. Она состоит на ЦП из цифрового кодера, формирующего код - адрес переезда на поднесущей частоте около 150 Гц, железнодорожной радиостанции (ЖР), устройства выделения канала и индикации, а на каждом переезде - из ЖР, декодера-опознавателя кода ЦП, устройства переключения ЖР с приема на передачу, датчика состояния автоматики переезда.

Цифровая аппаратура подключается соответственно к низкочастотному (н.ч.) входу передатчика и выходу приемника ЖР.

Система работает по принципу запрос - ответ, причем запрос ЦП ведется в течение импульса, а ответ переезда - в течение паузы периода задающего мультивибратора ЦП.

Основным недостатком прототипа является то, что полоса частот 67-250,3 Гц подтонального диапазона 0-300 Гц занята практически во всех современных УКВ радиостанциях системой CTCSS, что нарушает работу прототипа. Кроме того, имеет место большая длительность переходных процессов при переключении радиостанции с режима приема на передачи и наоборот, что искажает кодовую комбинацию и вносит помехи в передаваемую параллельно в радиостанции речь.

Техническим результатом заявленного объекта является обеспечение совместной работы предлагаемой цифровой системы и современных УКВ ЖР, уменьшение длительности переходных процессов при переключении радиостанции с приема на передачу и обратно, что повышает надежность работы системы и исключает взаимные помехи.

Сущность изобретения системы в том, что в известную систему, состоящей на ЦП из цифрового кодера, формирующего код - адрес переезда, ЖР, декодера, устройства выделения канала и индикации, а на каждом переезде - из ЖР, декодера-опознавателя кода ЦП, устройства переключения ЖР с приема на передачу, датчика состояния автоматики переезда, введены на ЦП формирователь однократной фазовой манипуляции (ФМн) на 180° колебания несущей частоты передатчика, когерентный демодулятор сигналов переездов с двойной фазовой манипуляцией на 180°, состоящий из двух когерентных квадратурных детекторов, и декодеры по два для каждого переезда, причем манипулятор подключен в разрыв между предоконечным и оконечным каскадами передатчика ЖР высокочастотным (в.ч.) входом - к выходу предоконечного каскада, а выходом - ко входу оконечного каскада; его н.ч. вход подключен к выходу кодера; в.ч. вход когерентного демодулятора подключен к выходу последнего каскада УПЧ приемника ЖР, а выход одного его детектора подключен к индикатору исправности работы автоматики переезда через один декодер-опознаватель, выход другого декодера - к индикатору неисправности через другой декодер-опознаватель, а на каждом переезде введены когерентный детектор сигналов промежуточной частоты с однократной ФМн на 180°, реле времени, формирователь двойной фазовой манипуляции на 180° колебания несущей частоты передатчика ЖР, сумматор, цифровой инвертор, причем когерентный детектор своим входом подключен к выходу последнего каскада УПЧ приемника ЖР, а своим выходом через кодер-опознаватель, реле времени - к устройству переключения ЖР с приема на передачу; формирователь двойной ФМн на 180°, состоящий из двух однократных фазовых манипуляторов, подключен в разрыв между предоконечным и оконечным каскадами передатчика ЖР; выход предоконечного каскада подключен к одному манипулятору непосредственно, а к другому - через фазовращатель на 90°; выходы манипуляторов подключены через сумматор ко входу оконечного каскада передатчика ЖР; датчик состояния автоматики переезда подключен к н.ч. входу одного манипулятора непосредственно, а к н.ч. входу другого - через цифровой инвертор. 

Отметим, что фазовые манипуляторы можно подключать к выходу оконечного каскада, правда, тогда уменьшится выходная мощность передатчика.

Предлагаемое изобретение иллюстрируется чертежами. На фиг.1 представлена упрощенная структурная схема аппаратуры ЦП, а на фиг.2 - схема переезда, где обозначено:

1 - передатчик (ПРД) без предоконечного и оконечного каскада;

2 - усилитель звуковой частоты приемника (УЗИ);

3 - предоконечный каскад ПРД;

4 - частотный детектор ПРМ;

5 - мультивибратор; 

6 - кодер ЦП;

7 - фазовый манипулятор на 180° (однократный);

8 - источник питания;

9 - фазовый демодулятор;

10 - двухполупериодный выпрямитель;

11 - оконечный каскад ПРД;

12 - линейный приемник (ПРМ); 

13 - переключающее устройство источника питания 8;

14 - антенное согласующее устройство (АСУ) ЖРУ;

15, 16...17, 18 - опознаватели кода;

19 - сумматор (схема ИЛИ); 

20 - фазовый детектор;

21, 23 - фазовые манипуляторы; 

22 - фазовращатель на 90°;

24 - декодер-опознаватель; 

25, 26 - схемы совпадения (схемы И);

27 - реле времени; 

28 - кодер;

29 - цифровой инвертор;

30 - датчик исправности работы автоматики (схема И);

31 - одновибратор; 

32 - устройство переключения источника питания 8.

Работа системы происходит следующим образом.

В исходном состоянии (при включении источника питания ЖР12,6В и микросхем 5В) ЖР находится в режиме дежурного приема.

На ЦП (фиг.1) импульс мультивибратора 5 формирует кодовую комбинацию в кодере 6 (ПЗУ), которая поступает на модулирующий (н.ч.) вход однократного фазового манипулятора на 180° (блок 7) и одновременно через двухполупериодный выпрямитель 10 на устройство переключения 13. Блок 13 переключает источник питания 8 с приемника на передатчик ЖР. На в.ч. вход фазового манипулятора 7 поступает колебание несущей частоты с выхода блока 3. С выхода блока 7 фазоманипулированное (ФМн) на 180° колебания несущей частоты передатчика поступает через блок 11, АСУ 14 в антенну А и излучается. Антенны всех переездов (фиг.2) улавливают этот сигнал, который через АСУ 14 поступает на вход приемника 12. С выхода последнего каскада УПЧ блока 12 радиосигнал на промежуточной частоте поступает на вход фазового детектора 20, на выходе которого имеет место кодовая комбинация, переданная с ЦП. В блоке 24 она преобразуется в импульс, который задерживается на заданное время в блоке 27, после чего в блоке 31 преобразуется в импульс прямоугольной формы соответствующей длительности. С помощью этого импульса устройство 32 переключает источник питания 8 с приемника на передатчик ЖР. Теперь с помощью мультивибратора 33 в кодере 28 (фиг.2) формируется кодовая комбинация данного переезда, которая поступает на один вход схем совпадений 25 и 26. Датчик состояния автоматики переезда 30 (та же схема совпадения) своим выходом подключен ко второму входу блока 26 непосредственно и ко второму входу блока 2 через цифровой инвертор 29. Если все контролируемые источники информации исправны, то на выходе блока 30 будет логическая единица (напряжение >0) и сработает схема совпадения 26, от чего кодовая комбинация с блока 28 поступает на н.ч. вход фазового манипулятора 23. При этом на втором входе схемы 25 напряжение равно нулю (лог.0) и кодовая комбинация с блока 28 на фазовый манипулятор 21 не поступит. На второй вход блока 23 подается непосредственно колебание несущей частоты с выхода предоконечного каскада 3 передатчика ЖР непосредственно. С выхода блока 23 колебание несущей частоты через блоки 19, 11, 14 поступает в антенну А ЖР переезда и излучается.

Если же хотя бы один контролируемый источник неисправен, то на соответствующем входе и выходе схемы совпадения 30 будет 0, который поступает на вход блока 26 непосредственно и на вход блока 25 через цифровой инвертор 29, преобразуясь в нем в лог.1. Поэтому кодовая комбинация с блока 28 поступит на н.ч. вход только фазового манипулятора 21. На его в.ч. вход подается колебание несущей частоты с предоконечного каскада 3 передатчика ЖР через фазовращатель на 90° 22. Поэтому выходной ФМн на 180° сигнал с блока 21 будет сдвинут по фазе несущей на 90° по сравнению с ФМн колебанием на выходе блока 23. Это позволяет на ЦП осуществить фазовое разделение сигналов исправного состояния автоматики и неисправного. Действительно, на ЦП (фиг.1) антенна ЖР принимает радиосигнал, который с выхода последнего канала УПЧ приемника 12 ЖР поступает на фазовый демодулятор 9, состоящий из двух квадратурных когерентных фазовых детекторов. С выхода одного детектора (нулевой фазы) идет кодовая комбинация исправной работы автоматики переезда, которая после опознавания в блоке 15 зажигает светодиод зеленого цвета (3). С выхода другого детектора блока 9, где опорное колебание сдвинуто на 90° (квадратурного), идет та же самая кодовая комбинация переезда, но несущая информацию о неисправности автоматики переезда, которая после опознавания в блоке 16 зажигает светодиод красного свечения (К). Такая фазокодовая селекция исправной и неисправной работы автоматики имеет место для каждого переезда.

Спектр ЧМ сигнала ЖР состоит из несущей f0 и двух боковых частотных полос, отстоящих от несущей на минимальную несущую частоту Fmin=300 Гц. Так как система CTCSS занимает полосу 67-250,3 Гц, то для заявленной системы остается полоса частот от 0 до 67 Гц, т.е. F k=67 Гц. С учетом расфильтровки выберем F k=50 Гц. Тогда длительность импульса кодовой комбинации заявленной системы



Период следования импульсов Tk кодовой комбинации меандра состоит из импульса длительности uk и паузы такой же длительности nk( uk= nk) и поэтому Tk= uk+ nk=2 uk=0,04 c, а частота их следования



что приемлемо. Это максимальная частота манипулирующего сигнала фазы на 180° колебания несущей частоты передатчика ЖР. В телефонной трубке радиостанции частоты ниже 300 Гц не прослушивается. 

Демодуляция ФМн на 180° сигнала осуществляется когерентным детектором, обратная работа которого исключается за счет известной полярности синхроимпульса кодовой комбинации. Как известно, абсолютная ФМн на 180° обеспечивает максимально возможную помехоустойчивость приема кодовой комбинации.

Для исключения переключения ЖР с приема на передачу и обратно на каждом периоде мультивибратора ЦП предложено вместо разных кодограмм - адресов переездам передавать с ЦП одну общую кодограмму для всех переездов, которая воспринимается ими одновременно и является началом отчета времени задержки t 3 введенного реле на каждом переезде. Значение t 3 для каждого переезда разное: t31=0 для 1-го переезда, - для 2-го переезда, t33=T и т.д. Для К-го переезда Время опроса всех n переездов: т.е. в 2 раза меньше чем в прототипе.

Технико-экономическим эффектом изобретения является экономия рабочей радиочастоты, обеспечение совместной работы ЖР и данной системы на одной радиочастоте, повышение безопасности движения железнодорожного и автодорожного транспорта, увеличение быстродействия данной системы в 2 раза. 




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Система многоканального цифрового радиоконтроля работы автоматики неохраняемых переездов с кодо-временным разделением каналов, размещенная на центральном посту /ЦП/ и переездах, расположенных радиально относительно ЦП, и содержащая на ЦП цифровой кодер, формирующий код-адрес переезда, железнодорожную радиостанцию /ЖР/ с передатчиком, выполненным с предоконечным и оконечным каскадами, и приемником, выполненным с усилителем промежуточной частоты, декодер, устройство выделения канала и индикации, а на каждом переезде - ЖР с передатчиком, выполненным с предоконечным и оконечным каскадами, и приемником, выполненным с усилителем промежуточной частоты, декодер-опознаватель кода ЦП, устройство переключения ЖР с приема на передачу и датчик состояния автоматики переезда, отличающаяся тем, что на ЦП введены формирователь однократной фазовой манипуляции (ФМн) на 180° колебания несущей частоты передатчика ЖР и когерентный демодулятор сигналов переездов с двойной ФМн на 180°, состоящий из двух когерентных квадратурных детекторов, а декодер выполнен с двумя для каждого переезда опознавателями кода, причем упомянутый формирователь однократной ФМн подключен высокочастотным входом к выходу предоконечного каскада передатчика ЖР, выходом - ко входу его оконечного каскада, а низкочастотным входом - к выходу кодера, высокочастотный вход упомянутого когерентного демодулятора подключен к выходу последнего каскада УПЧ приемника ЖР, а выходы двух его демодуляторов через соответствующие декодеры-опознаватели кода - к индикаторам неисправности работы автоматики переездов, входящим в устройство выделения канала и индикации, на каждом переезде введены когерентный детектор сигналов промежуточной частоты с однократной ФМн на 180°, реле времени, формирователь двойной ФМн на 180° колебания несущей частоты передатчика ЖР, состоящий из двух однократных фазовых манипуляторов, сумматор и цифровой инвертор, причем упомянутый когерентный детектор входом подключен к выходу последнего каскада усилителя промежуточной частоты приемника ЖР, а выходом через декодер-опознаватель и реле времени - к устройству переключения ЖР с приема на передачу, выход предоконечного каскада передатчика ЖР подключен к одному фазовому манипулятору формирователя двойной ФМн на 180° непосредственно, а к другому - через фазовращатель на 90°, выходы фазовых манипуляторов подключены через сумматор ко входу оконечного каскада передатчика ЖР, датчик состояния автоматики переезда подключен к низкочастотному входу одного фазового манипулятора непосредственно, а к низкочастотному входу другого фазового манипулятора - через цифровой инвертор.