Устройство обнаружения опасного сближения поездов, следующих в одном направлении

Полезная модель относится к области железнодорожной автоматики, телемеханики и связи и может быть использована на железнодорожных единицах с целью повышения безопасности интервального регулирования движения поездов, а также для контроля появления отцепа на перегоне.

Целью разработки полезной модели является устранение недостатков устройства автоблокировки с тональными рельсовыми цепями и централизованным размещением оборудования.

Сущность заявленной модели состоит в определении опасного сближения поездов, следующих в одном направлении, путем анализа скорости их сближения, вычисленной двумя независимыми способами, а именно по доплеровской разности частот двух радиосигналов: сигнала излучаемого передатчиком идущего впереди поезда, и сигнала принимаемого приемником идущего сзади поезда, а также по изменению расстояния между поездами за единицу времени, вычисляемому по координатам переднего вагона сзади идущего поезда и последнего вагона впереди идущего поезда, определенным спутниковой радионавигационной системой, и комплексирования скоростей, полученных двумя различными способами, с целью повышения вероятности правильного обнаружения опасного сближения поездов.

Полезная модель относится к области железнодорожной автоматики, телемеханики и связи и может быть использована на железнодорожных единицах с целью повышения безопасности интервального регулирования движения поездов, а также для контроля появления отцепа на перегоне.

Из уровня техники известно устройство автоблокировки с тональными рельсовыми цепями и централизованным размещением оборудования (см. патент России №2287447 С2 кл. В61L 23/16). Устройство контролирует наличие подвижного состава, отцепа или повреждение железнодорожного полотна.

Недостатками этого устройства являются:

1) Определение наличия железнодорожной единицы на перегоне осуществляется с погрешностью равной длине блок-участка.

2) Невозможность определения скорости железнодорожной единицы на блок-участке.

3) Применение устройства только на участках с установленной длиной блок-участка.

Эти недостатки снижают надежность и безопасность управления движением, не позволяют повысить интенсивность движения поездов. Предлагаемое устройство обнаружения опасного сближения поездов устраняет недостатки устройства автоблокировки с тональными рельсовыми цепями. Достигается это за счет использования спутниковых радионавигационных систем, принципов беспроводной передачи информации на расстояние и эффекта Доплера.

Сущность заявленной модели состоит в определении опасного сближения поездов, следующих в одном направлении, путем анализа скорости их сближения, вычисленной двумя независимыми способами, а именно по доплеровской разности частот двух радиосигналов: сигнала

излучаемого передатчиком идущего впереди поезда, и сигнала принимаемого приемником идущего сзади поезда, а также по изменению расстояния между поездами за единицу времени, вычисляемому по координатам переднего вагона сзади идущего поезда и последнего вагона впереди идущего поезда, определенным спутниковой радионавигационной системой, и комплексирования скоростей, полученных двумя различными способами, с целью повышения вероятности правильного обнаружения опасного сближения поездов.

Полезная модель решает задачу повышения безопасности и интенсивности движения путем непрерывного контроля местоположения впереди идущего поезда.

При использовании устройства обнаружения опасного сближения поездов, идущих в одном направлении, достигается непрерывный контроль дальности между ними, а также повышение безопасности движения путем непрерывного контроля наличия отцепа на перегоне.

На рис.1 представлена структурная схема предлагаемого устройства обнаружения опасного сближения поездов на перегоне. Поезд №1 является впереди идущим поездом. Положение его последнего вагона относительно идущего за ним поездом №2 контролируется совместной работой аппаратуры, установленной на поезде №1 и на идущем за ним поездом №2. Аппаратура контроля обнаружения опасного сближения поездов состоит из приемника спутниковой радионавигационной системы-1 и передатчика-2, установленных на поезде №1, а также приемника спутниковой навигационной системы-3 и приемника-4 установленных на поезде №2.

Приемник спутниковой радионавигационной системы-1 состоит из антенны-5 и блока приема и обработки информации-6. Приемник спутниковой радионавигационной системы-3, аналогичный по построению, и состоит из антенны-7 и блока приема и обработки сигналов-8.

Передатчик-2 состоит из опорного генератора с фазовой автоматической подстройкой частоты-9, предварительного усилителя-10, фазового манипулятора-11, усилителя мощности-12, направленной передающей антенны-13, посредством которой излучается радиосигнал-14 и обеспечивается развязка по направлениям движения поездов. Конструкция выполнена в виде одного функционального блока и располагается в одном корпусе.

Приемник-4 предназначен для приема сигнала-14 и состоит из приемной антенны-15, опорного генератора с фазовой автоматической подстройкой частоты-16, преселлектора-17, усилителя промежуточной частоты-18, ограничителя амплитуды-19, синхронных детекторов-20, 21, решающего устройства-22. Конструкция выполнена в виде одного функционального блока и располагается в одном корпусе.

На рис.2. изображена структурная схема решающего устройства-22, которое состоит из блока вычисления географических координат-23, дешифратора-24, блока вычисления координат-25, блока вычисления скорости сближения по координатам-26, блока вычисления скорости сближения по частоте доплеровского сдвига-27, устройства комплексирования-28. Конструкция выполнена в виде одного функционального блока и располагается в одном корпусе.

Информация о координатах поезда №1 передается на поезд №2 путем излучения через антенну-13 фазоманипулированных высокочастотных колебаний-14, предварительно сформированных из высокостабильных колебаний опорного генератора-9, синхронизируемого колебаниями с синтезатора частот блока приема и обработки информации-6, усиленных в предварительном усилителе-10, подвергшихся фазовой манипуляции в фазовом манипуляторе-11, на второй вход которого поступают видеосигналы с выхода блока приема и обработки информации-6, представляющих собой псевдослучайную последовательность, соответствующую коду передаваемых координат, и усиленных до заданной мощности в усилителе мощности-12.

Сигнал-14 принимается приемной антенной-15, установленной на поезде №2. В преселекторе-17 происходит предварительное усиление сигнала, предварительная частотная селекция и преобразование частоты сигнала с использованием опорного генератора с фазовой автоматической подстройкой частоты-16, который синхронизируется высокостабильными колебаниями с синтезатора частоты блока приема и обработки информации-8. В усилителе промежуточной частоты-18 происходит выделение спектра принятого сигнала фильтром с амплитудочастотной характеристикой квазипрямоугольного вида и усиление его до уровня, при котором возможна работа синхронных детекторов-20, 21.

Колебания с ограничителя амплитуды-19 поступают на синхронный детектор-21. Одновременно на синхронный детектор-21 поступают высокостабильные опорные колебания с синтезатора частот блока приема и обработки информации-8. Выходным сигналом синхронного детектора-21 является напряжение U:

,

где k - крутизна статической характеристики синхронного детектора-20,

F- доплеровский сдвиг частоты сигнала-14, принимаемого приемником-4, возникающий вследствие взаимного радиального перемещения передатчика-2 и приемника-4

;

где - длина волны сигнала-14, излучаемого передатчиком-2 через направленную антенну-13.

На синхронный детектор-20 одновременно поступают фазоманипулированные сигналы с ограничителя амплитуды-19 и опорные колебания с синтезатора частот блока приема и обработки информации-8. На выходе синхронного детектора-20 в результате демодуляции фазоманипулированного сигнала образуется псевдослучайная последовательность видеоимпульсов П(₁,₁), которые сохраняют

информацию о координатах поезда №1. Данные с синхронных детекторов-20, 21 подаются на решающее устройство-22. В решающем устройстве-22 происходит:

а) декодирование псевдослучайной последовательности П(₁,₁) и определение географических координат ₁, ₁ поезда №1;

б) фиксирование географических координат широты ₁₁ и ₁₂, долготы ₁₁ и ₁₂ поезда №1 соответственно в моменты времени t₁ и t₂;

в) фиксирование по данным из блока приема и обработки информации-8, географических координат широты ₂₁ и ₂₂, долготы ₂₁ и ₂₂ поезда №2 соответственно в моменты времени t₁ и t₂;

г) Пересчет географических координат ₁₁, ₁₂, ₂₁, ₂₂, ₁₁, ₁₂, ₂₁, ₂₂ в проекции x₁₁ , х₁₂, x₂₁, x ₂₂ по направлению участка пути движения соответственно поездов №1 и №2 и соответственно для моментов времени t ₁ и t₂;

д) расчет скорости сближения поезда №1 и поезда №2 по формуле

где х₁=x₁₁-x ₁₂ перемещение поезда №1 за промежуток времени t,

х₂=x₂₁-x ₂₂ перемещение поезда №2 за промежуток времени t;

t=t₂-t₁ промежуток времени между двумя последующими вычислениями скорости сближения и выбирается из условия, что х_i>_x, где _x - среднеквадратическая погрешность определения координат х_i, i=1; 2;

е) расчет скорости сближения двух железнодорожных единиц согласно формулам (1) и (2)

;

ж) комплексирование скорости сближения, вычисленной по формулам (3) и (4), методом оптимальной фильтрации и определение оценки скорости сближения V^* _сбл поезда №1 и поезда №2;

з) определение расстояния S между последним вагоном поезда №1 и первым вагоном поезда №2 по формуле

,

где х₁ и х ₂ координаты вдоль направления участка пути движения соответственно поездов №1 и №2 в момент времени t_m, где m>0 - целое число.

По значению оценки скорости сближения V^*_сбл поездов №1 и №2, а также по расстоянию S между ними в соответствии с требованиями безопасности принимается решение о дальнейшем режиме движения поезда №2.

1. Устройство обнаружения опасного сближения поездов, следующих в одном направлении, отличающееся тем, что имеет меньшие габариты, более высокую информативность и точность измерений и включающее в себя приемник спутниковой радионавигационной системы, включающий в себя антенну, блок приема и обработки информации, и передатчик, состоящий из опорного генератора с фазовой автоматической подстройкой частоты, предварительного усилителя, фазового манипулятора, усилителя мощности, направленной передающей антенны, установленные на поезде №1 и представляющие собой конструкцию в виде одного функционального блока, а также приемник спутниковой навигационной системы, который аналогичен приемнику спутниковой навигации, установленный на поезде №1, и приемник, включающий в себя приемную антенну, опорный генератор с фазовой автоматической подстройкой частоты, преселлектор, усилитель промежуточной частоты, ограничитель амплитуды, синхронные детекторы и решающее устройство, установленные на поезде №2 и представляющие собой конструкцию в виде одного функционального блока.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что путем анализа скорости их сближения, вычисленной двумя независимыми способами, а именно по доплеровской разности частот двух радиосигналов: сигнала, излучаемого передатчиком идущего впереди поезда, и сигнала, принимаемого приемником идущего сзади поезда, а также по изменению расстояния между поездами за единицу времени, вычисляемому по координатам переднего вагона сзади идущего поезда и последнего вагона впереди идущего поезда, определенным спутниковой радионавигационной системой, и комплексирования скоростей, полученных двумя различными способами, определяет опасное сближение поездов, следующих в одном направлении.