Помехоустойчивая автоматическая локомотивная сигнализация непрерывного действия (алсн)
Помехоустойчивая автоматическая локомотивная сигнализации непрерывного действия (АЛСН) относится к железнодорожному транспорту и может быть использована в составе автоматических локомотивных систем управления и обеспечения безопасности движения. Полезная модель решает задачу повышения уровня помехоустойчивости и эксплуатационной надежности, осуществляя автоматический выбор значения несущей частоты, применяемой на различных участках железнодорожного пути. АЛСН содержит последовательно соединенные входное приемное устройство (1), блок внешних изолирующих интерфейсов (2), модули цифровой обработки сигналов (3) по числу обрабатываемых несущих частот, каждый из которых содержит подсоединенный к двум выходам блока (2) блок вычисления уровня сигнала (4), каждый из двух выходов которого соединен с соответствующим входом двух блоков реконструкции сигнала (5) и блока определения максимального уровня сигнала (6), выходы которых соединены с входами соответствующего блока автомата состояний (8), входящих в состав модуля дешифрирования (7), в который также входит блок сравнения (9), входы которого соединены с соответствующими выходами блоков автомата состояний (8). 4 з.п. ф-лы, 2илл.
Полезная модель относится к железнодорожному транспорту и может быть использована в качестве одного из блоков в составе автоматической локомотивной системы управления или как самостоятельное устройство обеспечивающего прием и дешифрирование специальных кодовых сигналов.
Реализуемые на железнодорожном транспорте системы автоматической локомотивной сигнализации непрерывного действия (АЛСН), включают напольные и локомотивные устройства. Напольные устройства обеспечивают передачу по рельсовым цепям специальных кодовых сигналов, которые принимаются и декодируются локомотивным оборудованием. Результаты дешифрирования (декодирования) отображаются на локомотивном светофоре и используются либо машинистом, либо автоматизированной системой для принятия решений по управлению поездом.
В настоящее время наиболее широко используется устройство, реализующее способ дешифрирования сигналов АЛСН - дешифратор ДКСВ-1. Данный способ основан на фиксации кодовых сигналов АЛСН, различении их путем последовательного счета числа импульсов и пауз в кодовом цикле, например, при помощи реле-счетчиков и определении принятого из рельсов кодового сигнала по количеству возбужденных счетчиков к концу кодового цикла (М.И.Вахнин и др. «Путевая блокировка и авторегулировка», М., «Транспорт», 1974, с.333-344). Недостатком данного технического решения является невозможность дешифрирования сигнала при нарушении цикловой синхронизации кодовых комбинаций. Система недостаточно защищена от помех, наводимых в рельсовых цепях и в цепях локомотивных устройств такими источниками, как близко расположенные линии электропередачи, силовые кабели, цепи тяговых двигателей самого локомотива. Определенную роль в снижении надежности приема и распознавания сигналов АЛСН играет и ослабление сигнала передающих устройств - кодовых путевых трансмиттеров (КПТ) на отдельных участках пути.
Другой задачей, которую требуется решить при дешифрировании сигналов АЛСН, является необходимость определения, на какой именно несущей частоте из используемых в текущий момент (25; 50 и 75 Гц) и в какой кодировке ведется передача сигнала, например (например, КПТ-5 или КПТ-7). На некоторых локомотивных системах переключение на несущую частоту осуществляется вручную. На комплексном локомотивном устройстве безопасности унифицированном (КЛУБ-У) (RU 2248899, МПК 7: B61L 25/04) переключение на несущую частоту осуществляется на основе данных электронной карты местности, заложенной в память системы, что порождает проблемы точной привязки данных карты к конкретному участку пути.
В ряде известных систем АЛСН решение задачи повышения помехоустойчивости обеспечивается путем совершенствования их аппаратной части (US 5791602, 5501417, 5628478, MПK: B61L 3/24; B61L 3/00; US 5084699, МПК: B61L 25/04; G06K 7/00; G06K 7/08) и основано на применении дополнительных катушек, фильтров и другого дополнительного оборудования, улучшающего характеристики приема аналогового сигнала или позволяющего определить и отфильтровать помехи известного вида. Общим недостатком таких решений является необходимость установки на локомотив и последующей настройки различных дополнительных устройств, что затрудняет обслуживание систем и требует дополнительного времени и средств. Кроме того, в случае произвольных помех и искажений надежный прием сигналов такими системами не гарантирован.
Другим путем решения задачи повышения надежности приема сигнала является применение методов обработки сигналов, нашедших значительное применение в радиотехнике и современных числовых системах передачи данных. В таких системах сигнал преобразуется в цифровую форму, его обработка ведется цифровыми вычислительными устройствами по заданным математическим методам и алгоритмам.
Известен способ дешифрования сигналов АЛСН и устройство для его реализации (RU 2314223, МПК: B61L 25/06 (2006.01). Устройство содержит блок оцифровки сигналов, приемник и дешифратор сигналов, аналогичный конструкции дешифратора заявляемой полезной модели, однако в устройстве не предусмотрена ее автоматическая перестройка при изменении несущей частоты принимаемых сигналов АЛСН.
Устройство приема и дешифрирования сигналов АЛСН (RU 72670, МПК: B61L 25/06 (2006.01) - прототип) обеспечивает повышение помехоустойчивости и возможность автоматического выбора значения несущей частоты, применяемой на различных участках железнодорожного пути. Устройство содержит приемник сигналов, связанный с локомотивными катушками, и блок дешифрирования. Приемник сигналов содержит подключенный к локомотивным катушкам через аналоговый фильтр низкой частоты блок оцифровки сигнала, связанный выходом с каналами обработки сигнала, состоящими из последовательно соединенных цифрового полосового фильтра для выделения обрабатываемого в канале сигнала и подключенного к выходу блока оцифровки сигнала, блока выделения огибающей сигнала и блока построения числоимпульсного кода, выход которого соединен с входом блока дешифрирования, подключенного выходом к входу блока машины состояний. Число каналов обработки сигнала соответствует числу обрабатываемых несущих частот.
С помощью устройства амплитудные спектры принятых сигналов сравнивают с амплитудными спектрами эталонных сигналов с последующим вычислением коэффициентов корреляции между ними. В блок машины состояний из каждого канала поступает матрица из коэффициентов корреляции. По максимальному коэффициенту корреляции в блоке машины состояний принимается решение о том, из какого канала и какой именно сигнал был принят локомотивными катушками. В буферной памяти блока машины состояний осуществляется суммирование полученных оценок за заданный временной интервал, на этой основе принимается решение о том, какой входной сигнал был принят.
Наряду с решением задачи повышения устойчивости к воздействию импульсных помех и к различным видам искажений кодовых комбинаций, не исключена возможность принятия ошибочного решения о виде выходного сигнала в случаях, когда в силу тех или иных причин виды сигналов, отвечающие максимальным значениям коэффициента корреляции, на выходе различных каналов различаются. Например, в случаях специфики помех принимаемого сигнала, различия в настройке каналов обработки или неправильной работы канала. В таких случаях работа устройства по способным к дешифрированию входным сигналам дает сбой, так как дешифрирование в каналах обработки производится по-разному, и происходит переход устройства в «защитный отказ», то есть защита от возможности выдачи ложного показания сигнала. Таким образом, с увеличением числа каналов обработки возрастает вероятность отказа или сбоя в работе каждого из них, и, следовательно, отказа или сбоя в работе всей системы, что понижает уровень ее эксплуатационной надежности.
Задачей заявляемой полезной модели является повышение уровня помехоустойчивости и эксплуатационной надежности АЛСН.
Помехоустойчивая автоматическая локомотивная сигнализация непрерывного действия (АЛСН), содержащая последовательно соединенные входное приемное устройство и блок внешних изолирующих интерфейсов, каждый из двух выходов которого соединен с соответствующим входом модулей цифровой обработки сигналов, число которых соответствует числу обрабатываемых частот, соединенных с входами соответствующих блоков автомата состояний, входящих в состав модуля дешифрирования, выходы которых соединены с блоком сравнения, в отличие от прототипа каждый модуль цифровой обработки сигнала содержит соединенный с двумя выходам блока внешних изолирующих интерфейсов блок вычисления уровня сигнала, каждый из двух выходов которого соединен с соответствующим входом двух блоков реконструкции сигнала и блока определения максимального уровня сигнала, при этом выходы блоков реконструкции сигнала и блока определения максимального уровня сигнала соединены с входом соответствующего блока автомата состояний.
Решение указанной задачи достигается также тем, что:
- помехоустойчивая АЛСН содержит три модуля цифровой обработки сигналов по числу обрабатываемых частот 25; 50 и 75 Гц;
- каждый блок реконструкции сигнала функционирует в соответствии кодовой комбинацией числового кода от соответствующего кодового путевого трансмиттера;
- первый блок реконструкции сигнала функционирует в соответствии кодовой комбинацией числового кода от кодового путевого трансмиттера КПТ-5;
- что второй блок реконструкции сигнала функционирует в соответствии кодовой комбинацией числового кода от кодового путевого трансмиттера КПТ-7.
На фиг.1 представлена структурная схема помехоустойчивой АЛСН. На фиг.2 - функциональная схема модуля цифровой обработки сигналов. Помехоустойчивая АЛСН содержит последовательно соединенные входное приемное устройство 1, в качестве которого используются, например, приемные локомотивные катушки АЛСН, блок внешних изолирующих интерфейсов 2, модули цифровой обработки сигналов 3 по числу обрабатываемых несущих частот. Например, три модуля, соответственно, для обработки несущих частот 25; 50 и 75 Гц. Каждый модуль цифровой обработки сигнала 3 содержит подсоединенный к двум выходам блока внешних изолирующих интерфейсов 2 блок вычисления уровня сигнала 4, каждый из двух выходов которого соединен с соответствующим входом двух блоков реконструкции сигнала 5 и блока определения максимального уровня сигнала 6. Выходы блоков реконструкции сигнала и блока определения максимального уровня сигнала соединены с входами соответствующего блока автомата состояний 8, входящих в состав модуля дешифрирования 7. В состав модуля дешифрирования входит также блок сравнения 9, входы которого соединены с соответствующими выходами блоков автомата состояний 8.
Работа помехоустойчивой АЛСН осуществляется следующим образом. Каждый модуль цифровой обработки сигналов 3 предварительно настраивают на соответствующие несущие частоты кодовых комбинаций числового кода. Блок внешних изолирующих интерфейсов 2 сочетает в себе функции согласования с входным приемным устройством 1, предварительной фильтрации сигнала и его оцифровки. Модуль цифровой обработки сигнала 3 выполняет функции приемника, осуществляя квадратурный прием в блоке вычисления уровня сигнала 4, то есть выделение квадратурных компонент сигнала с локомотивных катушек посредством его умножения на синусоиды соответствующих частот и фаз. Квадратурные компоненты сигнала локомотивных катушек с выхода блока вычисления уровня сигнала 4 поступают в блок определения максимального уровня сигнала 6, где выделяется и запоминается на такт работы помехоустойчивой АЛСН максимальная амплитуда физической огибающей принимаемого сигнала. Под физической огибающей понимается сумма квадратов квадратурных компонент сигнала. На два блока реконструкции сигнала 5 подаются квадратурные составляющие сигнала с приемных локомотивных катушек из блока вычисления уровня сигнала 4 и максимальная амплитуда физической огибающей с блока определения максимального уровня сигнала 6. Каждый из двух блоков реконструкции сигнала 5 функционирует в соответствии кодовой комбинацией числового кода от соответствующего кодового путевого трансмиттера. Например, эталонные образы 1-го блока соответствуют кодовым комбинациям числового кода от трансмиттера КПТ-5, а эталонные образы 2-го блока соответствуют кодовым комбинациям числового кода от трансмиттера КПТ-7. В блоках реконструкции сигнала 5 по поступившим данным осуществляется интегрирование произведений соответствующих квадратурных компонент сигнала локомотивных катушек с весовыми функциями и производится сравнение суммы квадратов интегралов произведений от каждой квадратурной компоненты и определенной весовой функции с динамически изменяющимся порогом, получаемым от умножения текущей максимальной амплитуды физической огибающей на коэффициент, связанный с длительностью весовой функции и ее значением. Если каждая указанная сумма квадратурных компонент, умноженных на весовую функцию, находится в определенном логическом соотношении с соответствующим динамически изменяющимся порогом, на соответствующем выходе блока 5 вырабатывается импульс, подтверждающий, что входное приемное устройство 1 обнаружило кодовую комбинацию числового кода. Далее на входы модуля дешифрирования 7 поступают импульсные сигналы от соответствующего модуля цифровой обработки сигналов 3, которые передаются в соответствующий блок автомата состояний 8. Логика работы блока автомата состояний 8 аналогична логике работы дешифратора ДКСВ-1. Поскольку кодовые комбинации числового кода имеют различный приоритет, например, кодовая комбинация КЖ («красный - желтый») имеет наивысший приоритет, кодовая комбинация З («зеленый») - наименьший, то при одновременном поступлении от модулей цифровой обработки сигналов 3 импульсов, означающих прием различных кодовых комбинаций, блок автомата состояний 8 засчитает тот импульс, приоритет кодовой комбинации которого выше. Алгоритмически удержание сигнала, соответствующего показанию локомотивного светофора, осуществляется с учетом того, чтобы две искаженные комбинации числового кода не приводили к проблеску ложного огня локомотивного светофора. Окончательно решение о передачи сигнала управления на локомотивный светофор, с соответствующего блока автомата состояний 8 осуществляется в блоке сравнения 9, который сравнивает текущие значения за такт максимальной амплитуды физической огибающей принимаемого сигнала от модулей цифровой обработки сигналов 3 и выходные сигналы блоков автомата состояний 8. Такая схема помехоустойчивой АЛСН при необходимости расширения диапазона несущих частот реализуется без дополнительных аппаратных средств и только за счет программного обеспечения.
Таким образом, за счет полученного технического результата, заключающегося в возможности дешифрирования сигнала и автоматического распознавания частоты передачи сигнала при наличии разного рода помех обеспечено повышение устойчивости к воздействию импульсных помех и к различным видам искажений кодовых комбинаций, что успешно решает поставленную задачу повышения уровня помехоустойчивости и эксплуатационной надежности АЛСН.
1. Помехоустойчивая автоматическая локомотивная сигнализация непрерывного действия (АЛСН), содержащая последовательно соединенные входное приемное устройство и блок внешних изолирующих интерфейсов, каждый из двух выходов которого соединен с соответствующим входом модулей цифровой обработки сигналов, число которых соответствует числу обрабатываемых частот, соединенных с входами соответствующих блоков автомата состояний, входящих в состав модуля дешифрирования, выходы которых соединены с блоком сравнения, отличающийся тем, что каждый модуль цифровой обработки сигнала содержит соединенный с двумя выходам блока внешних изолирующих интерфейсов блок вычисления уровня сигнала, каждый из двух выходов которого соединен с соответствующим входом двух блоков реконструкции сигнала и блока определения максимального уровня сигнала, при этом выходы блоков реконструкции сигнала и блока определения максимального уровня сигнала соединены с входом соответствующего блока автомата состояний.
2. Помехоустойчивая АЛСН по п.1, отличающаяся тем, что содержит три модуля цифровой обработки сигналов по числу обрабатываемых частот 25; 50 и 75 Гц.
3. Помехоустойчивая АЛСН по п.1, отличающаяся тем, что каждый блок реконструкции сигнала функционирует в соответствии кодовой комбинацией числового кода от соответствующего кодового путевого трансмиттера.
4. Помехоустойчивая АЛСН по п.3, отличающаяся тем, что первый блок реконструкции сигнала функционирует в соответствии с кодовой комбинацией числового кода от кодового путевого трансмиттера КПТ-5.
5. Помехоустойчивая АЛСН по п.3, отличающаяся тем, что второй блок реконструкции сигнала функционирует в соответствии с кодовой комбинацией числового кода от кодового путевого трансмиттера КПТ-7.
