Brevet FR2542951A1 — publié le 19840921

Système de codage d'informations de sécurité de la voie vers des trains en vue de leur commande La présente invention concerne un système de codage d'informations de sécurité de la voie vers des trains en vue de leur commande avec une probabilité d'erreur pratiquement aussi faible qu'on le désire. Jusqu'à présent, pour transmettre des informations de sécurité de la voie vers les trains du genre vitesse de consigne, vitesse à ne pas dépasser dans le canton suivant, etc..., il était utilisé des courants de fréquence pure ou modulée, en fréquence ou en amplitude, ou des impulsions à fréquence de récurrence variable. Ces courants et impulsions étaient injectés dans la voie ou dans des boucles inductives posées dans la voie ou à proximité immédiate pour être captés par les trains. Cependant ces systèmes ont l'inconvénient de ne pas être toujours assez fiables au point de vue de la sécurité. En effet, la puissance toujours croissante des moteurs de traction modernes et des organes électrotechniques qui leur sont associés tels que les convertisseurs de tous types (tension, courant, fréquence) équipant maintenant les trains entrain la production de courants parasites de niveau de plus en plus élevé et de forme de complexité croissante. Il est évident qu'un signal parasite dans la bande de fréquences utilisée pour la transmission des informations de sécurité de la voie vers les trains et semblable aux signaux utilisés peut amener à la réception à bord des trains, de fausses informations ce qui peut conduire à des catastrophes. Le système de modulation de la présente invention tout en utilisant des moyens de transmission classiques remédie à cet état de fait par suite de la probabilité d'erreur dtidentification insignifiante qui peut être obtenue. La présente invention a pour objet un système de codage d'informa- tions de sécurité de la voie vers des trains en vue de leur commande et comportant des signaux modulés par un modulateur par impulsions à deux polarités, une première polarité positive et une deuxième polarité négative, caractérisé en ce que les signaux sont déterminés par des séries binaires pseudo-aléatoires, les bits "un1, de ces séries correspondant à l'une des premières ou deuxièmes polarités, les bits "zéro" de ces séries correspondant à l'autre des première ou deuxième polarités. La présente invention a également pour objet un système de codage d'informations de sécurité de la voie vers des trains 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 des séries binaires pseudo-aléatoires, les bits "un" de ces séries correspondant à l'une des première ou deuxième fréquence de modulation, les bits "zéro" de ces séries correspondant à l'autre des première ou deuxième fréquences de modulation. Selon une particularité de l'invention lesdites séries binaires pseudo-aléatoires sont différentes suivant les informations de sécurité à transmettre et un émetteur desdits signaux comporte un générateur de code cyclique constitué de modulos à OU exclusifs branchés à au moins deux sorties des étages d'un registre à décalage incrémenté par une horloge, le choix desdits étages étant déterminé par une matrice de commutation afin de réaliser chacune desdites séries binaires pseudoaléatoires suivant l'information de sécurité à transmettre, ladite série étant sélectionnée par un sélecteur commandé selon l'information à transmettre. Selon une autre particularité de l'invention ledit émetteur des signaux modules comporte à la sortie dudit sélecteur, un générateur d'impulsions à polarité variable suivi d'un amplificateur de puissance délivrant lesdites impulsions amplifiées dans la voie ou dans une boucle inductive, ledit générateur délivrant une impulsion positive lorsque le bit à la sortie du registre à décalage est un "un" et une impulsion négative quand le bit à la sortie du registre à décalage est un "zéro". Selon une autre particularité de l'invention, ledit émetteur de signaux modulés comporte à la sortie dudit sélecteur, un modulateur des signaux de fréquence porteuse suivi d'un amplificateur de puissance délivrant lesdits signaux de fréquence porteuse dans la voie ou une boucle inductive posée dans la voie, ledit modulateur 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 "un" et à une deuxième fréquence de modulation lorsque le bit à la sortie du registre à décalage est un "zéro". Selon une autre particularité de l'invention, un récepteur disposé à bord des trains et recevant lesdits signaux modulés comporte des décodeurs constitués de générateurs de code cyclique dont les registres à décalage et les modulos à OU Exclusif sont de même nombre et de même structure que ceux de l'émetteur et dont la sortie est comparée dans un comparateur avec la série binaire pseudo-aléatoire provenant desdits signaux modulés. Selon une autre particularité de l'invention, après ledit comparateur est disposé un temporisateur à l'attraction actionnant une relais de sortie dudit récepteur, ledit temporisateur ayant un retard de temporisation tel qu'il permet d'obtenir la probabilité désirée d'erreur d'identification de ladite série binaire pseudo aléatoire correspondant à l'information de sécurité transmise. 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 émetteur d'informations de sécurité codées par séries binaires pseudo-aléatoires. La figure 2 représente un schéma électrique d'un exemple de réalisation d'un sélecteur d'informations appartenant à la figure 1. La figure 3 représente un schéma de principe électrique d'un récepteur d'informations de sécurité codées par série binaire émises par l'émetteur de la figure 1 dans la voie ou dans une boucle inductive posée dans la voie. La figure 4 représente un schéma de principe électrique d'un comparateur appartenant à la figure 3. On voit sur la figure 1 un émetteur pouvant émettre une information de sécurité choisie dans un groupe de trois. A chaque information de sécurité à transmettre correspond un registre à décalage 101 à 103 comprenant chacun n - 6 cellules à titre d'exemple. Les étages 1, 2, 3...6 des registres 101 à 103 sont incrémentés par une horloge 11 dont la période commande l'avance des registres. Le bit introduit aux entrées 121, 122, 123 des registres 101, 102, 103 pour chaque période de celle-ci est obtenue par addition modulo 2 au moyen de trois OU exclusifs 131, 141, 151 branchés sur les étages 1, 2, 5 et 6 du registre 101, de trois OU exclusifs 132, 142, 152 branchés sur les étages 1, 3, 4 et 6 du registre 102, de trois OU exclusifs 133, 143, 153 branchés sur les étages 1, 4, 5 et 6 du registre 103 dans cet exemple.Il est à noter que les trois OU exclusifs associés à chaque registre pourraient être branchés sur d'autres étages des registres, à l'exception de l'étage 6-toujours utilisé, pour transmettre d'autres informations. Les bits présents aux sorties 161, 162 et 163 des registres 101, 102 et 103 à chaque période de l'horloge 11 constituent les suites des séries binaires pseudo-aléatoires en cours de génération. Chacun de ces dispositifs engendre pour une longueur n des registres à décalage 101, 102, 103 et certaines combinaisons des modulos à OU exclusifs une série binaire périodique linéaire de longueur 2n-1 bits. L'algèbre des polynomes montre en effet que Si l'on considère les nombres binaires de n bits contenus à chaque instant dans un registre à décalage 101, 102 ou 103, tous les nombres possibles à l'exception de 0...0 apparaissent successivement une fois et une seule à chaque période de la série dans un ordre qui est fonction du nombre et de l'emplacement des modulos. Les sorties 161, 162 et 163 des registres 101, 102 et 103 communiquent avec un sélecteur 17 apte à sélectionner l'une des trois séries binaires pseudo-aléatoires générées en fonction de l'informatioon à transmettre qui lui est indiquée par excitation de l'une ou de l'autre de ses entrées 171, 17? et 173. Un exemple de sélecteur 17 est représenté sur la figure 2. Les ordres qui sont, par exemple, des ordres de vitesses de consigne telles que V = O, V = 10 km/heure, V = 60 km/heure sont appliqués aux entrées 171 ou 172 ou 173 d'organes qui sont ici des relais 1711, 1721, 1731 actionnant respectivement des contacts 1712, 1722, 1732 qui établissent la liaison entre la sortie 18 et l'une des sorties 161, 162, 163 des registres 101, 102, 103. Il est possible dans une variante électronique du sélecteur 17 de remplacer chacun des relais tels que 1711 par une porte ET à deux entrées dont l'une reçoit l'information en provenance du registre telle que 161 et l'autre reçoit l'information numérique telle que 171 ; les sorties de toutes les portes ET sont appliquées aux entrées d'une porte OU délivrant l'information à la sortie 18 de la porte OU. La sortie 18 du sélecteur 17 communique avec un modulateur ou un générateur d'impulsions 20 délivrant un signal à un amplificateur de puissance 21 afin de l'amplifier. Dans le cas d'un modulateur 20 le signal est constitué d'une fréquence porteuse de valeur 1000 Hz par exemple, modulée en amplitude ou en fréquence par une fréquence de modulation F1 de valeur 12 Hz par exemple quand un bit "un" est présent à la sortie 18 du sélecteur 17 et présent à la sortie 18 du sélecteur 17 et par une fréquence modulante F2 de valeur 17 Hz par exemple quand un bit "zero" est présent à la sortie 18 du sélecteur 17. Dans le cas d'un générateur d'impulsions 20, le signal est consti- tué d'impulsions par exemple rectangulaires, à polarité positive, par exemple, quand un bit "un" est présent à la sortie 18 du sélecteur 17 et à polarité négative, par exemple, quand un bit "zéro" est présent à la sortie 18 du sélecteur 17. Le signal modulé, amplifié par l'amplificateur 21 au niveau de puissance requis pour le fonctionnement de la transmission, est injecté dans la voie à l'extrémité aval de la portion de voie dans laquelle on désire transmettre l'information, par la sortie 22 de l'amplificateur 21. La figure 2 montre le récepteur embarqué à bord du train correspondant à l'émetteur qui vient d'être décrit. Le récepteur reçoit le signal injecté dans la voie par un capteur inductif 23. Le signal reçu par ce capteur est filtré dans un filtre 211. Dans le cas de la modulation par impulsion le filtre 24 est adapté à la largeur des impulsions et à leur fréquence de récurrence. Dans le cas de la modulation de la porteuse le filtre 211 est un filtre passe-bande centré sur la fréquence porteuse. Le signal filtre est ensuite démodulé dans le démodulateur 25. Celui ci est constitué d'éléments actifs tels que des diodes par exemple. A la sortie 26 du démodulateur 25 apparaît la série binaire engendrée par 11 émetteur à la sortie 18 du sélecteur 17. Cette série binaire est appliquée à trois registres 201, 202, 203 de même longueur que les registres 101, 102, 103 de l'émetteur. L'avance de ces registres est commandée par une horloge 110 synchronisée par les signaux présents à la sortie 26 du démodulateur 25. Les registres 201, 202, 203 comportent le même nombre de modulos OU exclusifs 211, 221, 231 pour le registre 101 de l'émetteur, 212, 222, 232 pour le registre 202 reliés aux memes étages 1, 3, 11, 6 que ceux du registre 203 reliés aux mêmes étages 1, 11, 5, 6 que ceux du registre 103 de l'émetteur. La théorie des polynomes montre qu'après une période de synchronisation de durée au plus égaie à n bits (n étant la longueur des registres), le bit existant à la sortie 27 des modulos 211, 221, 231 ou à la sortie 28 des modulos 212, 222, 232 ou à la sortie 29 des modulos 213, 223, 233 est le même que celui qui sera reçu à la sortie 26 du démodulateur 25 à la période suivante de horloge 11 de 1' émetteur si respectivement le sélecteur 17 sélectionne la série générée par le registre 101, entrée 171 excitée, la série générée par le registre 102, entrée 172 excitée ou la série générée par le registre 103, entrée 173 excitée. Cette égalité est contrôlée par les comparateurs 30, 31, 32. Lorsque les bits présents aux entrées 27 et 26 du comparateur 30, aux entrées 28 et 26 du comparateur 31 aux entrées 29 et 26 du comparateur 32 sont 1 et 1 ou O et O leur sortie délivré l'état 1 ce qui signifie que la comparaison est correcte. Lorsque les bits présents aux entrées des comparateurs 30, 31 ou 32 sont 1 et O ou O et 1 leur sortie est à l'état logique O ce qui signifie que la comparaison est incorrecte. Un exemple de réalisation d'un comparateur tel que 30, 31 ou 32 ayant ces propriétés est représenté à la figure 4. La sortie 26 du démodulateur 25 et la sortie 27 des modulos 211, 221, 231 par exemple attaquent chacun un inverseur 302, 301 puis des portes ET 303, 304 dont les sorties sont reliées aux entrées d'une porte OU 305. Les sorties des comparateurs 30, 31, 32 sont appliquées à des temporisateurs à l'attraction respectivement 33, 311, 35 qui commandent les relais 36, 37 et 38 de sortie des informations. Le retard de temporisation des temporisateurs 33, 34 et 35 est fixé de telle sorte que leurs relais de sortie 36, 37, 38 ne soient excités qu'après un certain nombre n de comparaisons exactes successives. Un calcul pessimiste montre alors que la probabilité d'erreur d'identification par le récepteur de la série binaire pseudo-aléatoire, et donc de l'information reçue est de 1/2m n soit environ 1,5 10 8 pour un retard à l'attraction des temporisateurs 33, 34, 35 correspondant à m : 32 comparaisons exactes successives et n = 6 comme dans l'exemple cité. Les sorties 361, 371, 381 des relais 36, 37, 38 traduisent bien l'ordre qui a été donné en 171, 172, ou 173 de la figure 1. Dans le cas où le nombre d'ordres est plus grand il est évident que le principe de l'invention reste semblable à condition que l'on augmente le nombre des cellules des registres à l'émission et à la réception, le nombre de registres tels que 101, 102, 103 ou 201, 202, 203 étant celui du nombre d'ordre que l'on veut transmettre. Les applications de la présente invention sont du domaine ferroviaire et notamment du contrôle de la sécurité ferroviaire. REVENDICATIONS 1/ Système de codage d'informations de sécurité de la voie vers des trains en vue de leur commande et comportant des signaux modulés par un modulateur par impulsions à deux polarités, une première polarité positive et une deuxième polarité négative, caractérisé en ce que les signaux sont déterminés par des séries binaires pseudo-aléatoires, les bits "un" de ces séries correspondant à l'une des premières ou deuxième polarités, les bits "zéro" de ces séries correspondant à l'autre des première ou deuxième polarités 2/ Système de codage d'informations de sécurité de la voie vers des trains en vue de leur commande et 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 des séries binaires pseudo-aléatoires, les bits un de ces séries correspondant à l'une des première ou deuxième fréquences de modulation, les bits "zéro" de ces séries correspondant à l'autre des première ou deuxième fréquences de modulation. 3/ Système selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que lesdites séries binaires pseudo-aléatoires sont différentes suivant les informations de sécurité à transmettre et un émetteur desdits signaux comporte un générateur de code cyclique constitué de modulos à OU exclusifs (131, 1111, 151 ; 132, 1112, 152 ; 133, 143, 153), branchés à au moins deux sorties des étages d'un registre à décalage (101, 102, 103) incrémenté par une horloge (11), le choix desdits étages (1, 2, 3, 4, 5, 6) étant déterminé par une matrice de commutation afin de réaliser chacune desdites séries binaires pseudo-aléatoires suivant l'information de sécurité à transmettre ladite série étant sélectionnée par un sélecteur (17) commandé selon l'information à transmettre. 4/ Système selon la revendication 3f caractérisé par le fait que ledit émetteur des signaux modulos comporte à la sortie dudit sélecteur (17), un générateur (20) d'impulsions à polarité variable suivi d'un amplificateur de-puissance (21) délivrant lesdites impulsions amplifiées dans la voie ou dans une boucle inductive, ledit générateur (20) délivrant une impulsion positive lorsque le bit à la sortie du registre à décalage (101, 102, 103) est un "un" et une impulsion négative quand le bit à la sortie du registre à décalage (101, 102, 103) est un zéro. 5/ Système selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ledit émetteur de signaux modulés comporte à la sortie dudit sélecteur (17) un modulateur (20) des signaux de fréq#uence porteuse suivi d'un amplificateur (21) de puissance délivrant lesdits signaux de fréquence porteuse dans la voie ou une boucle inductive posée dang la voie, ledit modulateur (20) 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 "un" et à une deuxième fréquence de modulation lorsque le bit à la sortie du registre à décalage est un "zéro". 6/ Système selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait qu'un récepteur disposé à bord des trains et recevant lesdits signaux modulés comporte des décodeurs constitués de générateur de code cyclique dont les registres à décalage (201, 202, 203) et les modulos à OU exclusifs (211, 221, 231 ; 212, 222, 232 ; 213, 223, 233) sont de même nombre et de meme structure que ceux de l'émetteur et dont la sortie est comparée dans un comparateur (30, 31, 32) avec la série binaire pseudoaléatoire provenant desdits signaux modulés. 7/ Système selon la revendication 6, caractérisé par le fait qu'après ledit comparateur (30, 31, 32) est disposé un temporisateur à l'attraction (33, 34, 35) actionnant un relais de sortie (36, 37, 38) dudit récepteur, ledit temporisateur (30, 31, 32) ayant un retard de temporisation tel qu'il permet d'obtenir la probabilité désirée d'erreur d'identification de ladite série binaire pseudo-aléatoire correspondant à l'information de-sécurité transmise.