Brevet FR2539372A1 — publié le 19840720

-1-_ Systèmes de modulation pour circuits de voie ferroviaires La présente invention concerne des systèmes de modulation pour circuits de voie ferroviaires, permettant de rendre aussi faible qu'on le désire leur probabilité de perturbation par les courants parasites, auxquels les appareils utilisés sont soumis en fonctionnement. Les circuits de voie sont des dispositifs très anciennement et très largement répandus en technique ferroviaire pour s'assurer de l'absence des trains dans une portion de voie déterminée Le principe des circuits de voie est fondé sur la division d'une voie ferrée en cantons successifs isolés les uns des autres par des paires de joints ou des dispositifs électriques de séparation créant une discontinuité électri- que dans chacun des rails O Un émetteur de signaux électriques est disposé pour être relié aux deux rails à l'une des extrémités du canton et un récepteur des mêmes signaux ayant parcouru les rails est disposé à l'autre extrémité du même canton entre les deux rails également O Un train pénétrant à l'entrée du canton du côté du récepteur provoque un court-circuit des signaux par la liaison électrique rails-essieux du train et ce court-circuit des signaux détecté par le récepteur engendre un changement d'état de la signalisation, les feux passant par exemple au rouge à l'entrée du train dans le canton et empêchant ainsi le train suivant de pénétrer dans le canton tant que le canton est occupé par le train qui le précède. Les systèmes de modulation des circuits de voie utilisés jusqu'à présent peuvent être, par exemple, soit du type de modulation à impul- sions, soit du type de fréquence porteuse sinusoïdale modulée en ampli- tude ou en fréquence Dans le cas de la modulation par impulsions, cellesci sont générées par l'émetteur de voie d'un canton avec une certaine polarité, les impulsions ayant une fréquence de récurrence par- ticulière, alors que l'émetteur du canton adjacent génère des impulsions d'une polarité inverse, les impulsions ayant une fréquence de récurrence légèrement différente Dans le cas de la modulation en amplitude ou en fréquence d'une fréquence porteuse, la fréquence porteuse est différente d'un canton à l'autre ainsi que la fréquence de modulation Dans tous les cas, modulation par impulsions ou modulation de la porteuse sinusoïdale, l'information à transmettre qui conduit à l'état un ou l'état zéro de la 2 - signalisation dépend soit de la polarité d'impulsion et de son amplitude soit du couple fréquence porteuse-fréquence de modulation et de son amplitude Lorsque le reécepteur détecte une absence d'impulsion, une polarité d'impulsion inverse ou une amplitude insuffisante, dans le cas de modulation par impulsions, le récepteur fait passer le signal au rouge Lorsque le récepteur détecte une absence de porteuse ou une ampli- tude insuffisante de porteuse ou une fréquence de modulation ineorrecte dans le cas de modulations d'amplitude ou de fréquence 9 le récepteur fait passer le signal au rouge également. Cependant les systèmes de modulation de circuits de voie classi- ques ont l'inconvénient de ne pas être assez fiables au point de vue séceurité En effet 9 la puissance toujours croissante des moteurs de traction modernes et des organes électroteehniques annexes tels que les convertisseurs de tous type (courant, tension, fréquence) entraîne la production de courants parasites de niveau de plus en plus élevé et de formes de complexité croissante D'autre part, les signaux de modulation employés dans les systèmes classiques sont fixes et ont des caractéPis- tiques immuableso Il est évident qu'un signal parasite dans la bande de fréquences utilisée par le circuit de voie et semblable aux signaux utilisés, peut provoquer dans le récepteur le passage à un etat inverse de l'état commandant l'arrêt des trains ce qui peut conduire à des catastrophes. Le système de modulation de la présente invention remédie à cet inconvénient Celui-ci assure en effet une très grande sécurité par suite de la probabilité d'erreur d'identification insignifiante qui est obtenue. La présente invention a pour objet un système de modulation pour circuits de voie ferroviaires comportant des signaux modulés par un modulateur par impulsions à deux polarités, une première polarité posl- tive et une deuxième polarité négative, caractér Pisés en ee que les signaux sont déte Pminés par au moins une série binaire pseudo-aléatoire, les bits "un" de cette série correspondant à l'une des premiere ou deuxième polarités, les bits "zéro" de cette série correspondant à l'au- tre des première ou deuxième polarités. La présente invention a également pour objet un système de modula- -3 - tion pour circuits de voie ferroviaires comportant des signaux dont la fréquence porteuse est modulée par des première et deuxième fréquences de modulation, caractérisé en ce que les signaux sont déterminés par au moins une série binaire pseudo-aléatoire, les bits "un" de cette série correspondant à l'une des première ou deuxième fréquences de modulation, les bits "zéro" de cette série correspondant à l'autre des première ou deuxième fréquences des modulations. Selon une particularité de l'invention lesdites séries binaires pseudoaléatoires sont différentes dans les cantons successifs et un émetteur desdits signaux modulés comporte un générateur de code cyclique constitué de modulos à OU EXCLUSIF branchés à au moins une sortie des étages d'un registre à décalage incrémenté par une horloge de telle sorte que le choix desdits étages est prédéterminé selon l'émetteur afin de réaliser chacune desdites séries binaires pseudo-aléatoires. Selon une autre particularité de l'invention ledit émetteur des signaux modulés comporte à la sortie du dernier étage dudit registre à décalage, un générateur d'impulsions à polarité variable suivi d'un amplificateur de puissance délivrant lesdites impulsions amplifiées dans le circuit de voie, ledit générateur d'impulsion délivrant une impulsion positive lorsque le bit à la sortie du registre à décalage est "un" et une impulsion négative lorsque le bit à la sortie du registre à décalage est "zéro". Selon une autre particularité de l'invention, ledit émetteur de signaux modulés comporte à la sortie du dernier étage dudit registre à décalage un modulateur des signaux de fréquence porteuse suivi d'un amplificateur de puissance délivrant lesdits signaux de fréquence por- teuse dans 1 circuit de voie, ledit modulateur délivrant des signaux de fréquence porteuse modulés à une première fréquence de modulation lors- que le bit à la sortie du registre à décalage est "un" et à une deuxième fréquence de modulation lorsque le bit à la sortie du registre à décalage est "zéro". Selon une autre particularité de l'invention, un récepteur desdits signaux modulés ayant parcouru la voie comporte un générateur de code cyclique constitué d'un registre identique à celui dudit émetteur correspondant dont les modulos OU EXCLUSIF sont branchés sur les mêmes 4- étages du registre selon la même disposition et dont la sortie est comparée dans un comparateur avec la série binaire pseudo-aléatoire pro- venant desdits signaux modulés. Selon une autre particularité de l'invention, après ledit compa- rateur est disposé un temporisateur à l'attraction actionnant un relais de sortie dudit récepteur, ledit temporisateur ayant un retard de tempo- risation tel qu'il permet d'obtenir la probabilité désirée d'erreur d'identification de ladite série binaire pseudo-aléatoire affectée au circuit de voie considéré. En se référant aux figures schématiques 1 et 2 ci-jointes on va décrire ci-après un exemple de mise en oeuvre de la présente invention, exemple donné à titre purement illustratif et nullement limitatif. La figure 1 représente un schéma de principe électrique d'un émet- teur du circuit de voie modulé par un générateur de série binaire pseudo-aléatoire. la figure 2 représente un schéma de principe d'un récepteur de circuit de voie modulé par des signaux codés par la série binaire pseudo-aléatoire ayant traversé la voie. On voit sur la figure 1 un émetteur de circuit de voie constitué d'un registre à décalage 10 comprenant N = 6 cellules à titre d'exemple. les étages 1, 2, 3 6 du registre 10 sont incrémentés par une hor- loge 11 dont la période commande l'avance du registre Le bit introduit à l'entrée 12 du registre 10 pour chaque période de celle-ci est obtenu par addition modulo 2 au moyen de trois OU EXCLUSIF 13, 14, 15 dans cet exemple branchés sur les étages 1, 3, 5 et 6 du registre 10 Il est à noter que dans un autre émetteur les OU EXCLUSIFS 13, 14, 15 seraient branchés sur d'autres étages du registre 10 à l'exception de l'étage 6 toujours utilisé. Le bit présent à la sortie 16 du registre 10 à chaque période de l'horloge 11 constitue la suite de la série binaire pseudo-aléatoire en cours de génération Un tel dispositif engendre pour une longueur N du registre à décalage 10 et certaines combinaisons des modulos à OU EXCLUSIF une série binaire périodique linéaire de longueur 2 n-1 bits La théorie des polyn 6 mes montre en effet que si l'on considère les nombres binaires de N bits contenus à chaque instant dans le registre à -5- décalage 10 tous les nombres possibles à l'exception de 0 0 apparais- sent successivement une fois et une seule à chaque période de la série dans une ordre qui est fonction du nombre et de l'emplacement des modulos De ce fait si l'on connaît la longueur N du registre à déca- lage 10 le nombre et l'emplacement de ses modulos et le nombre qu'il contient a un instant donné, il est possible de prévoir ses contenus successifs futurs et donc la série émise. La sortie 16 du registre 10 communique avec un modulateur ou un générateur d'impulsions 17 délivrant un signal à un amplificateur de puissance 18 afin de l'amplifier O Dans le cas d'un modulateur 17 le signal est constitué d'une fréquence porteuse de valeur 1000 Hz par exemple, modulée en amplitude ou en fréquence par une fréquence modu- lante Fl de valeur 12 Hz par exemple quand un bit "un" est présent à la sortie 16 du registre 10 et par une fréquence modulante F 2 de valeur 17 Hz par exemple quand un bit "zéro" est présent à la sortie 16 du registre 10. Dans le cas d'un générateur d'impulsions 17, le signal est consti- tué d'impulsions par exemple rectangulaires, à polarité positive, par exemple quand un bit "un" est présent à la sortie 16 du registre 10 et à polarité négative, par exemples quand un bit "zéro" est présent à la sortie 16 du registre 10. Le signal modulé, amplifié par l'amplificateur 18 au niveau de puissance requis pour le fonctionnement du circuit de voie, est injecté dans la vole, à une extrémité de la portion de voie dans laquelle on désire s'assurer de l'absence de train, par la sortie 19 de l'amplifi- cateur 18. La figure 2 montre le récepteur de circuit de voie correspondant à l'émetteur qui vient d'gtre décrit. Le récepteur est relié à la voie par son entrée 20 à l'extrémité opposée à l'émetteur de la portion de voie dans laquelle on désire s'assurer de l'absence de train le signal présent à l'entrée 20 du récepteur est d'abord filtré dans un filtre 21 Dans le cas de la modu- lation par impulsions le filtre 21 est adapté à la largeur des impulsions et à leur fréquence de récurrence Dans le cas de la modulation de la porteuse le filtre 21 est un filtre passe-bande centré sur la fréquence porteuse. 6 - Le signal est ensuite démodulé dans le démodulateur 22 Ceclui-ei est constitué d'éléments actifs tels que des diodes par exemple. A la sortie 23 du démodulateur 22 apparait la série binaire engen- drée par l'émetteur à la sortie 16 du registre 10 Cette série binaire est appliquée à un registre 100 de même longueur que le registre 10 de l'émetteur L'avance du registre est commandée par une horloge 110 syn- chronisée par les signaux présents à la sortie 23 du démodulateur 22 Le registre 100 comporte le même nombre de modulos OU EXCLUSIF 1309 140 et reliés aux mêmes étages 1, 32 5 et 6 du registre 100 que les modules 13, 14 et 15 du registre 10 de l'émetteur. La théorie des polyn 8 mes montre qu'après une période de synchro- nisation de durée au plus égale à N bits (n étant la longueur des registres), le bit existant à la sortie 24 des modules 130, 140 et 150 est le même que celui qui sera reçu à la sortie 23 du démodulateur 22 à la période suivante de l'horloge 11 de l' émetteur Cette egalite est contr 8 ôlée par le comparateur 25 Lorsque les bits présents aux entrées 23 et 24 de ce comparateur sont 1 et 1 ou O et O sa sortie 26 délivre l'état 1 ce qui signifie que la comparaison est correcte Lorsque les bits présents aux entrées 23 et 24 du comparateur 25 sont 1 et 0 ou 0 et 1-la sortie 26 du comparateur est à 1 état logique O ce qui signifie que la comparaison est incorrecte. La sortie 26 du comparateur 25 est appliquée à un temporisateur a l'attraction 27 qui commande le relais 28 de sortie du récepteur du circuit de voie dont des contacts 29 commandent l'allumage des lampes du signal d'entrée dans le circuit de voie Le retard de temporisation du temporisateur 27 est fixé de telle sorte que le relais 28 ne soit excité qu'après un certain nombre m de comparaisons exactes successives Un caleul pessimiste montre alors que la probabilité d'erreur d'identifi- cation par le récepteur de la série binaire pseudo-aléatoire reçue est de 1/2 m-n soit environ 1,5 10 8 pour un retard à l'attraction du tempori- sateur 27 correspondant à m = 32 eomparaisons elactes successives et n = 6 comme dans l'exemple cité. Les applications de la présente invention sont du domaine des transports ferroviaires et notamment du contr 8 le et de la sécurité fer- roviaires. 7 - REVENDICATIONS 1/ Systèmes de modulation pour circuits de voie ferroviaires comportant des signaux modulés par un modulateur par impulsions à deux polarités, une première polarité positive et une deuxième polarité négative, carac- térisés en ce que les signaux sont déterminés par au moins une série binaire pseudo-aléatoire, les bits "un" de cette série correspondant à l'une des première ou deuxième polarités, les bits "zéro" de cette série correspondant à l'autre des première ou deuxième polaritése 2/ Systèmes de modulation pour circuits de voie ferroviaires comportant des signaux dont la fréquence porteuse est modulée par des première et deuxième fréquences de modulation, caractérisés en ce que les signaux sont déterminés par au moins une série binaire pseudo-aléatoire, les bits "un" de cette série correspondant à l'une des première ou-deuxième fréquences de modulation, les bits "zéro" de cette série correspondant à l'autre des première ou deuxième fréquences des modulations. 3/ Systèmes de modulation selon l'une des revendications 1 et 2, carac- térisés par le fait que lesdites séries binaires pseudo-aléatoires sont différentes dans les cantons successifs et qu'un émetteur desdits signaux modulés comporte un générateur de code cyclique constitué de modulos à OU EXCLUSIF ( 13, 14, 5) branchés à au moins une sortie des étages d'un registre ( 10) à décalage incrémenté par une horloge ( 11) de- telle sorte que le choix desdits étages ( 1, 2, 3, 4, 5, 6) est prédé- terminé selon l'émetteur afin de réaliser chacune desdîtes séries binaires pseudo-aléatoires. 4/ Système de modulation selon les revendications 1 et 3, caractérisé par le fait que ledit émetteur des signaux modulés comporte à la sortie du dernier étage dudit registre ( 10-) à décalage, un générateur d'impulsions ( 17) à polarité variable suivi d'un amplificateur ( 18) de puissance délivrant lesdites impulsions amplifiées dans le circuit de voie, ledit générateur d'impulsions ( 17) délivrant une impulsion positive lorsque le bit à la sortie du registre à décalage est "un" et une impulsion négative lorsque le bit à la sortie du registre ( 10) à décalage est "zéro". / Système de modulation selon les revendications 2 et 3, caractérisé par le fait-que ledit émetteur des signaux modulés comporte à la sortie 8du dernier étage ( 6) dudit registre à décalage un modulateur ( 17) des signaux de fréquence porteuse suivi d'un amplificateur de puissance ( 18) délivrant lesdits signaux de fréquence porteuse dans le circuit de voie, ledit modulateur ( 17) délivrant des signaux de fréquence porteuse modulés à une première fréquence de modulation lorsque le bit à la sortie du registre à décalage est "un" et à une deuxième fréquence de modulation lorsque le bit à la sortie du registre à décalage est "zéro". 6/ Système de modulation selon la revendication 5, caractérisé par le fait que ledit modulateur ( 17) des signaux de la fréquence porteuse utilise une modulation en amplitude afin d'engendrer lesdites première et deuxième fréquences de modulation. 7/ Système de modulation selon la revendication 5, caractérisé par le fait que ledit modulateur ( 17) des signaux de la fréquence porteuse utilise une modulation en fréquence afin d'engendrer lesdites première et deuxième fréquences de modulation. 8/ Systèmes de modulation selon l'une des revendications 1 et 2, carac- térisés par le fait qu'un récepteur desdits signaux modulés ayant par- couru la voie comporte un générateur de code cyclique constitué d'un registre ( 100) identique à celui dudit émetteur correspondant dont les modulos OU EXCLUSIF ( 130, 140, 150) sont branchés-sur les mêmes étages du registre selon la même disposition et dont la sortie est comparée dans un comparateur ( 25) avec la série binaire pseudo-aléatoire provenant des- dits signaux modulés. 9/ Système de modulation selon la revendication 8, caractérisé par le fait qu'après ledit comparateur ( 25) est disposé un temporisateur ( 27) à l'attraction actionnant un relais ( 28) de sortie dudit récepteur, ledit temporisateur ( 27) ayant un retard de temporisation tel qu'il permet d'obtenir la probabilité désirée d'erreur d'identification de ladite série binaire pseudo-aléatoire affectée au circuit de voie considéré.