Система контроля транспортировки специальных грузов
SPECIAL CARGO TRANSPORTATION MONITORING SYSTEM

Предлагаемая система относится к технике контроля и тревожной сигнализации и может быть использована для оперативного контроля и управления транспортировкой особо важных и опасных грузов.
К особо важным и опасным грузам можно отнести экологически опасные грузы, промышленные и бытовые отходы при транспортировке их в местах складирования и переработки, сильнодействующие ядовитые вещества, радиоактивные вещества, биологически опасные вещества, взрывные вещества, снаряды, мины, ответственные строительные конструкции.
Особо важные и опасные грузы, как правило, транспортируются специальными транспортными средствами (мусоровозами, контейнеровозами и т.п.).
Известны системы контроля транспортировки особо важных и опасных грузов (авт. свид. СССР №№864.318, 924.735,966.714,1.117.672, 1.363.126, 1.650.018, 1.693.622, 1.730.648, 1.751.795, 1.755.310, 1.764.070; патенты РФ №№2.032.220, 2.032.227, 2.053.561, 2.058.592, 2.173.889, 2.271.038, 2.312.399, 2.243.592, 2.403.623, 2.429.544, 2.582.502; патенты США №№3.636.560, 3.713.125, 4.023.163, 4.742.338, 4.751.499; патенты Германии №№2.536.949, 2.616.603, 2.700.690; патент Великобритании №1.267.040; патенты Франции №№2.199.151, 2.415.840 и другие)
Из известных систем наиболее близкой к предлагаемой является «Территориальная система контроля транспортировки особо важных и опасных грузов» (патент РФ №2.403.623, G08B 25\10, 2009), которая и выбрана в качестве базового объекта.
В состав указанной системы входят две радиостанции, одна их которых размещается на пунктах управления, а другая на каждом специальном транспортном средстве. Эти радиостанции содержат универсальные преобразователи частоты, которые обеспечивают подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальным и комбинированным каналам.
Однако полное подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальным каналам, возможно тоже при идентичности приемных каналов. Реальные усилители первой промежуточной частоты и другие элементы, входящие в состав приемных каналов, имеют отличающиеся характеристики. Поэтому полного подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальным каналам, не происходит, и тем самым снижается помехоустойчивость и достоверность обмена дискретной информацией между пунктом управления и каждым специальным транспортным средством.
Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости и достоверности обмена дискретной информацией между пунктом управления и каждым специальным транспортным средством путем полного подавления ложным сигналов (помех), принимаемых по зеркальным каналам за счет идентификации приемных каналов.
r1
r2
пp1
Поставленная задача решается тем, что система контроля транспортировки особо важных и опасных грузов, содержащая, в соответствии с ближайшим аналогом, на каждом специальном транспортном средстве последовательно связанные радиостанцию, абонентское устройство кодирования и устройство регистрации а также, датчик координатной информации, датчик характера груза и сигнальные датчики, подключенные к абонентскому устройству кодирования, рабочее место оператора, к выходу первого процессора последовательно подключены блок сравнения, устройство кодирования, рабочее место оператора и второй процессор, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения, при этом радиостанции специальных транспортных средств и пункта управления связаны между собой радиоканалами, каждая радиостанция содержит последовательно включенные генератор высокой частоты, фазовый манипулятор, третий смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, усилитель второй промежуточной частоты, усилитель мощности, дуплексер, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной и первый смеситель, второй вход которого соединен с первым выходом гетеродина, последовательно включенные первый усилитель первой промежуточной частоты, сумматор, второй вход которого через второй фазовращатель на 90° соединен с выходом первого усилителя первой промежуточной частоты, первый перемножитель, второй выход которого соединен с выходом дуплексера, первый узкополостной фильтр, первый амплитудный детектор, ключ, второй вход которого соединен с выходом сумматора, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, последовательно подключенные к второму входу первого гетеродина первым фазовращателем на 90° и второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом дуплексера, второй вход фазового манипулятора радиостанции, размещенной на пункте управления, соединен с первым процессором, а выход фазового детектора подключен к первому процессору, второй вход фазового манипулятора радиостанции, размещенной на каждом специальном транспортном средстве, соединен с абонентским устройством кодирования W и W гетеродинов разнесены на значения первой промежуточной частоты W:
r1
r2
пp1
1
r1
пp2
W-W=W, радиостанция размещенная на пункте управления выполнена с возможностью излучения сложных сигналов с фазовой манипуляцией на частоте W=W-W,
пp2
Где W-вторая промежуточная частота, а прием на частоте
2
r2
пр3
W=W=W,
пр3
где W-третья промежуточная частота,
2
1
а радиостанция, размещенная на каждом специальном транспортном средстве, выполнена с возможностью излучения сложных сигналов с фазовой манипуляцией на частоте W, а приема-на частоте W, кроме того система снабжена идентификационными метками, размещенными на специальных контрольных постах, через которые следуют специальные транспортные средства, перевозящие особо важные и опасные грузы, причем каждая идентификационная метка выполнена в виде пьезокристалла с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем, связанным с микрополосковой приемопередающей антенной, и набором отражателей, при этом встречно-штыревой преобразователь содержит две гребенчатые системы электродов, электроды каждой из гребенок соединены друг с другом шинами, связанными с микрополосковой приемопередающей антенной, каждое сканирующие устройство выполнено в виде последовательно включенных генератора высокой частоты, усилителя мощности, дуплексер, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, усилителя высокой частоты, фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом генератора высокой частоты, и компьютера, последовательно включенных гетеродина, смесителя, второй вход которого соединен с выходом генератора высокой частоты, усилителя третьей промежуточной частоты, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с компьютером, усилителя мощности и приемопередающей антенны, отличается от ближайшего аналога тем, что каждая радиостанция снабжена калибратором, двумя регулируемыми фазовращателями, двумя фильтрами нижних частот, блоком вычитания, третьим перемножителем, вторым и третьим амплитудными детекторами, причем к выходу первого усилителя первой промежуточной частоты последовательно подключены второй узкополостной фильтр, второй амплитудный детектор, блок вычитания, второй вход которого через последовательно включенные узкополостной фильтр и третий амплитудный детектор соединен с выходом второго усилителя первой промежуточной частоты, первый фильтр нижних частот и первый инверсный усилитель, два выхода которого соединены с управляющими входами первого и второго усилителей первой промежуточной частоты соответственно, к выходу второго узкополостного фильтра последовательно подключены третий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом третьего узкополостного фильтра, второй фильтр нижних частот и второй инверсный усилитель, два выхода котрого соединены с управляющими входами первого и второго регулируемых фазовращателей соответственно, каждый из которых включен между выходом смесителя и входом усилителя первой промежуточной частоты соответствующего приемного канала, вторые входы первого и второго регулируемых фазовращателей соединены с выходом калибратора.
Структурная схема предлагаемой системы представлена на Фиг. 1 Структурная схема радиостанции представлена на Фиг. 2. Структурная схема радиостанции специального транспортного средства представлена на Фиг. 3. Частотная диаграмма, поясняющая преобразование сигналов по частоте, изображена на Фиг. 4. Электрическая схема идентификационной метки показана на Фиг. 5. Структурная схема сканирующего устройства представлена на Фиг. 6. Временные диаграммы, поясняющие работу сканирующего устройства, показаны на Фиг. 7.
Оборудование 1.i, размещенная на каждом специальном транспортном средстве, содержит последовательно связанные радиостанцию 5.i с приемопередающей антенной 6.i, абонентское устройство 3.i кодирования и устройство 4.i регистрации (i=1,2,…,n), а также датчик 2.1 координатной информации, датчик 2.2 характера груза и специальные датчики 2.3, подключенные к абонентскому устройству 3.i кодирования.
Оборудование, размещенное на пункте управления 7, содержит последовательно связанные радиостанцию 9 с приемопередающей антенной 8, первый процессор 10 и рабочее место 13 оператора, к выходу первого процессора 10 последовательно подключены блок 11 сравнения, устройства 12 кодирования, рабочее место 13 оператора и второй процессор 14, выход которого соединен с вторым входом блока 11 сравнения.
Каждая радиостанция 9 (5.1) содержит последовательно включенные генератор 15 (15.1) высокой частоты, фазовый манипулятор 16 (16.1), третий смеситель 33 (33.1), второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 32 (32.1), усилитель 34 (34.1) второй промежуточной частоты, усилитель 17 (17.1) мощности, дуплексер 18 (18.1), вход-выход которого связан с приемопередающей антенной 8 (6.1), первый смеситель 21 (21.1), второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина 19 (19.1), первый регулируемый фазовращатель 58 (58.1), второй вход которого соединен с выходом калибратора 57 (57.1), первый усилитель 23 (23.1) первой промежуточной частоты, второй узкополостной фильтр 60 (60.1), второй амплитудный детектор 62 (62.1), блок 64 (64.1) вычитания, второй вход которого через последовательно включенные третий узкополостной фильтр 61 (61.1) и третий амплитудный детектор 63 (63.1) соединен с выходом второго усилителя 24 (24.1) первой промежуточной частоты, первый фильтр 65 (65.1) нижних частот и первый инверсный усилитель 66 (66.1). два выхода которого соединены с управляющими входами первого 23 (23.1) и второго 24 (24.1) усилителей первой промежуточной частоты соответственно. К второму выходу первого гетеродина 19 (19.1) последовательно включена первый фазовращатель 20 (20.1) на 90°, второй смеситель 22 (22.1), второй вход которого соединен с выходом дуплексера 18 (18.1), второй регулируемый фазовращатель 59 (59.1), второй вход которого соединен с выходом калибратора 57 (57.1), и второй усилитель 24 (24.1) первой промежуточной частоты. К выходу второго узкополостного фильтра 60 (60.1) последовательно подключены третий перемножитель 67 (67.1), второй вход которого соединен с выходом третьего узкополостного фильтра 61 (61.1), второй фильтр 68 (68.1) нижних частот и второй инверсный усилитель 69 (69.1), два выхода которого соединены с управляющими входами первого 58 (58.1) и второго 59 (59.1) регулируемых фазовращателей. К выходу первого усилителя 23 (23.1) первой промежуточной частоты последовательно подключены сумматор 26 (26.1), второй вход которого через второй фазовращатель 25 (25.1) на 90° соединен с выходом второго усилителя 24 (24.1) первой промежуточной частоты, первый перемножитель 27 (27.1) второй вход которого соединен с выходом дуплексера 18 (18.1), узкополостной фильтр 28 (28.1), амплитудный детектор 29 (29.1), ключ 30 (30.1), второй вход которого соединен с выходом сумматора 26 (26.1), второй перемножитель 35 (35.1), второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 32 (32.1), полосовой фильтр 36 (36.1) и фазовый детектор 37 (37.1), второй вход которого соединен с вторым выходом первого гетеродина 19 (19.1). Причем второй вход фазового манипулятора 16 радиостанции, размещенной на пункте 7 управления, соединен с первым процессором 10, а выход фазового детектора 37 (37.1), второй вход которого соединен с вторым выходом первого гетеродина 19 (19.1). Причем второй вход фазового манипулятора 16 радиостанции, размещенной на пункте 7 управления, соединен с первым процессором 10, а выход фазового детектора 37 подключен к первому процессору 10, второй вход фазового манипулятора 16.1 радиостанции, размещенный на каждом специальном транспортном средстве, соединен с абонентским устройством 3.1 кодирования, а выход фазового детектора 37.1 подключен к абонентскому устройству 3.1 кодирования.
Первый гетеродин 19 (19.1), фазовращатели 20 (20.1) и 25 (25.1) на 90°, смесители 21 (21.1) и 22 (22.1), усилители 23 (23.1) и 24 (24.1) первой промежуточной частоты, сумматор 26 (26.1), перемножитель 27 (27.1), узкополостный фильтр 28 (28.1), амплитудный детектор 29 (29.1), ключ 30 (30.1), регулируемые фазовращателем 58 (58.1) и 59 (59.1), узкополостные фильтры 60 (60.1) и 61 (61.1), амплитудные детекторы 62 (62.1) и 63 (63.1), блок вычитания 65 (65.1) и 68 (68.1) и инверсные усилители 66 (66.1) и 69 (69.1) образуют универсальный преобразователь 31 (31.1) частоты.
r1
r2
пp1
Частоты W и W гетеродинов 19 (32.1) и 32 (19.1) разнесены на значение первой промежуточной частоты W
r1
r2
пpl
W-W=W.
Радиостанция 9, размещенная на пункте 7 управления, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частоте
r1
r1
пp2
W=W=W.
пp2
где W - вторая промежуточная частота, а принимает на частоте
1
r2
пp3
W=W=W.
пp3
2
1
где W - третья промежуточная частота, а радиостанция 5.1, размещенная на каждом специальном транспортном средстве, наоборот, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частоте W, а принимает на частоте W (Фиг. 4).
Идентификационная метка 38.i выполнена в виде пьезокристалла 39i с нанесенным преобразователем, связанным с микрополосковой приемопередающей антенной 40.i, и набором отражателей 44.i. Встречно-штыревой преобразователь поверхностных акустических волн (ПАВ) содержит две гребенчатые системы электродов 41.i, шины 42.i и 43.i, которые соединяют электроды каждой из гребенок между собой. Шины в свою очередь связаны с микрополосковой приемопередающей антенной 40.i (i-1,2,…,n).
Сканирующее устройство 45.j выполнено в виде последовательно включенного генератора 46.j высокой частоты, усилителя 48.j мощности, дуплексера 48.j, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной 49.j, усилителя 50.j высокой частоты, генератора 46.j высокой частоты, и компьютера 52.j, последовательно включенных гетеродина 53.j, смесителя 54.j, второй вход которого соединен с выходом генератора 46.j высокой частоты, усилителя 55.j третьей промежуточной частоты, фазового манипулятора 56.j, второй вход которого соединен с компьютером 52.j, усилителя 57.j мощности и приемопередающей антенны 49.j (j=1,2,…,m).
Предлагаемая система работает следующим образом.
Чувствительными элементами системы являются датчик 2.1 координатной информации, датчик 2.2 характера груза, специальные датчики 2.3 (2.i) и идентификационные метки 38.i (i-1,2,…,n), устанавливаемые на каждом специальном транспортном средстве.
Датчик 2.1 координатной информации (навигационный датчик) является неотъемлемым элементом глобальной радионавигационной спутниковой системы «Глонасс» (РФ) или «Навстар» (США), выполняется съемным и выпускается промышленностью в стандартной упаковке (прибор SDS-221). С помощью указанной радионавигационной системы обеспечиваются определенные географические координаты местоположения (с точностью до 1 метра) и вектора скорости специального транспортного средства. Датчик каждую секунду, в момент смены секунды единого времени, передает координатную информацию в абонентское устройство 3.i кодирования.
Датчик 2.2 характера груза - это прибор для чтения информации о грузе. Маркером груза могут быть штриховой код, перфораторный код, электронный код и т.д.
Информация о характере груза также передается в абонентское устройство 3.i кодирования.
Сигнальные датчики 2.3 - это контакты и кнопки, которые фиксируют, например, поднятие-опускание контейнера при погрузке, распечатывание опломбированного груза, открывание-закрывание дверей кабины, капота, топливного бака и т.д. на специальном транспортном средстве.
К основным характеристикам идентификационной метки можно отнести следующее:
- частотный диапазон-900…920 МГц;
- дальность действия-десятки метров;
7
- количество кодовых комбинаций - до 10;
- тип излучаемого сигнала-гармоническое колебание;
c
c
c
с
- тип отраженного (переизлучаемого) сигнала - широкополосный сигнал с фазовой манипуляцией (база сигнала B=Δf⋅T=200…1000, Δf - ширина сектора, Т - длительность сигнала);
- габариты - 8×1,5×5 мм;
- срок службы- не менее 20 лет;
- потребляемая мощность - 0 Вт.
Идентификационная ПАВ - метка размещается на специальном транспортном средстве в зоне прямой видимости антенн сканирующего устройства (на лобовом стекле, бампере, номерном знаке, днище и т.д.).
При выезде специального транспортного средства на линию водителю вместе с путевым листом под расписку выдается датчик 2.1 координатной информации, который вставляется в заранее оборудованное в специальном транспортном средстве место. После включения датчика происходит его автоматическая инициализация, и он связывается с данным специальным транспортным средством. Эта связь осуществляется передачей особого параметра-бортового номера, однозначно определяющего данный автомобиль. После того как автомобиль отправился на линию, система автоматически осуществляет запись в файл базы данных его географические координаты на местности. Период обновления информации в файле базы данных равен установленному в датчике периоду передачи сигнала.
Оператор может выбрать для просмотра то или иное специальное транспортное средство, ориентируясь на гаражный номер или другие характеристики специального транспортного средства. После выбора специально транспортного средства на экране компьютера рабочего места оператора появится карта местности с привязанным к ней пройденным маршрутом специальным транспортным средством в виде линии. Возможно изменение масштаба карты оператором для детализации маршрута специального транспортного средства. Если поместить курсор мыши на линию маршрута, то на экране появляются текущие на тот момент времени координатная информация, общий километраж, количество топлива в баке, скорость специального транспортного средства и т.д.
Устройство 3.1 кодирования получает данные состояния (показания) датчиков 2.1, 2.2 и 2.3, кодированные сообщения передаются на хранение в устройство 4.1 регистрации.
С заданным периодом времени Т процессор 10 пункта 7 управления через радиостанцию 9 дает сообщение - запрос в адрес очередного по порядку последовательного опроса специального транспортного средства на выдачу массива данных, накопленных в устройстве 4.1 регистрации.
Для этого генератором 15 высокой частоты формируется гармоничное колебание
1
1
которое поступает на первый вход фазового манипулятора 16, на второй вход которого подается модулирующий код M(t) с выхода первого процессора 10. Модулирующий код M(t) соответствует бортовому номеру запрашиваемого транспортного средства. На выходе фазового манипулятора 16 формируется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМи)
1
где ϕк1(t)={0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с моделирующим кодом M(t), который поступает на первый вход третьего смесителя 33, на второй вход которого подается напряжение второго гетеродина 32
r2
r2
r2
r2
u(t)=U⋅Cos(wt+ϕ).
На выходе третьего смесителя 33 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 34 выделяется напряжение второй промежуточной (суммарной) частоты
пp2
c1
r2
где u(t)=1/2 U⋅U;
пp2
r2
c
1
W=w+w=w - вторая промежуточная (суммарная) частота (Фиг. 4)
пр2=
r2
с1
ϕϕ+ϕ
1
пp2
з2
к1
к2
з2
к1
к2
Это напряжение после усиления в усилителе 17 мощности чрез дуплексер 18 поступает в приемопередающую антенну 8, излучается в эфир на частоте W=W, улавливается приемопередающей антенной 6.1 специального транспортного средства и через дуплексер 18.1 поступает на вход универсального преобразователя 31.1 частоты. Указанный преобразователь обеспечивает подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по второму зеркальному каналу W, по первому Wи второму W комбинационным каналам. Причем для подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по второму зеркальному каналу на частоте W, используется «внешнее кольцо», состоящее из гетеродина 19.1, фазовращателей 20.1 и 25.1 на 90°, смесителей 21.1 и 22.1, усилителей 23.1 и 24.1 первой промежуточной частоты и сумматора 26.1, и реализующее фазокомпенсационный метод. Для подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по первому и второму комбинационным каналам на частотах W и W, используется «внутреннее кольцо», состоящее из перемножителя 27.1, узкополосного фильтра 28.1, амплитудного детектора 29.1, ключа 30.1, и реализующее метод узкополостной фильтрации.
з2
Для полного подавления ложных сигналов (помех). Принимаемых по второму зеркальному каналу на частоте W (фиг. 4), используется комплексная (амплитудно-фазовая) система идентификации, состоящая из калибратора 57.1, регулируемых фазовращателей 58.1 и 59.1. узкополостных фильтров 60.1 и 61.1, амплитудных детекторов 62.1 и 63.1, блока 64.1 вычитания, фильтров 65.1 и 68.1 нижних частот, перемножителя 67.1, инверсных усилителей 66.1 и 69.1.
з2
Полное подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по второму зеркальному каналу на частоте W, возможно только при идентичности приемных каналов. Однако реальные усилители 23.1 и 24.1 первой промежуточной частоты, входящие в состав приемных каналов, имеют отличающиеся характеристики. Различие, увеличивающее за счет других элементов, входящих в состав приемных каналов.
к
пp1
пp1
пp1
Комплексная (амплитудно-фазовая) система идентификации использует гармонический калиброванный сигнал, получаемый от отдельного генератора (калибратора) 57.1, частота W которого отличается от первой промежуточной частоты W на некоторую величину ΔW (ΔW- W) (фиг. 4) При малой величине ΔW калиброванный сигнал несет информацию о идентичности приемных каналов на первой промежуточной частоте W в силу корреляции близких значений частотных характеристик.
На входы первого 23.1 и второго 24.1 усилителей первой промежуточной частоты через регулируемые фазовращатели 58.1 и 59.1 соответственно с выхода калибратора 57.1 поступает гармонический калиброванный сигнал.
1
2
к
1
2
к
1
2
На выходе усилителей 23.1 и 24.1 первой промежуточной частоты калибровочные сигналы выделяются узкополостными фильтрами 60.1 и 61.1 и после детектирования в амплитудных детекторах 62.1 и 63.1 поступают на выходы блока 64.1 вычитания системы амплитудной идентификации. При неравенстве модулей коэффициентов передачи приемных каналов (К≠К) на частоте W на выходе блока 64.1 вычитания появляется напряжение (положительное или отрицательное), которое через фильтр 65.1 нижних частот и инверсный усилитель 65.1 нижних частот и инверсный усилитель 66.1 воздействует на управляющие входы усилителей 23.1 и 24.1 первой промежуточной частоты, изменяя их коэффициенты передачи К и К таким образом, чтобы вычитания стремились к нулю. При этом коэффициенты передачи усилителей 23.1 и 24.1 первой промежуточной частоты оказываются практически одинаковыми на частоте W калиброванного сигнала (К=К=К).
С выходов узкополостных фильтров 60.1 и 61.1 калиброванные сигналы получают на систему фазовой идентификации, состоящую из перемножителя 67.1, фильтра 68.1 нижних частот, инверсного усилителя 69.1 и двух регулируемых фазовращателей 58.1 и 59.1.
При наличии фазовой идентичности приемных каналов на выходе фазового детектора, состоящего из перемножителя 67.1 и фильтра 68.1 нижних частот, образуется напряжение (положительное или отрицательное), которое через инверсный усилитель 69.1 воздействует на управляющие входы фазовращателей 58.1 и 59.1, изменяя фазовые сдвиги калиброванных сигналов так, чтобы выходное напряжение фазового детектора стремилось к нулю. Так достигается фазовая идентификация приемных каналов.
пр1
к
пр1
Наличие сильной корреляции между модулем коэффициентов передачи и между их аргументами на частотах W и W позволяет утверждать практическое равенство модулей коэффициентов передачи и равенство их аргументов на первой промежуточной частоте W.
На выходе сумматора 26.1 образуется суммарное напряжение
пp1
1
r2
где W=W-W - первая промежуточная (разностная) частота;
r2
W - частота гетеродина 19.1,
которое через открытый ключ 30.1 поступает на первый вход второго перемножителя 35.1, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 32.1
r1
r1
1
r1
u(t)=U⋅Cos(wt+ϕ).
На выходе перемножителя 35.1 образуется напряжение
2
Σ1
r1
где U=1/2 U⋅U;
r2
пp3
r1
пp1
W=W=W-W - третья промежуточная частота,
которое выделяется полосовым фильтром 36.1 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 37.1, на второй вход которого подается напряжение гетеродинов 19.1
r2
r2
2
r2
u(t)=U⋅Cos(wt+ϕ).
На выходе фазового детектора 37.1 образуется низкочастотное напряжение
н1
н1
к1
U(t)=U⋅Cosϕ(t),
н1
2
r2
где U=1/2 U⋅U,
1
пропорционально модулирующему коду M(t).
2
Это напряжение поступает в устройство 3.1 кодирования и, если оно соответствует бортовому номеру специального транспортного средства, запрашиваемого пункта 7 управления, то массив данных, накопленных в устройстве 4.1 регистрации, в виде модулирующего кода М(t) поступает на второй вход фазового манипулятора 16.1. На первый вход указанного фазового манипулятора подается гармоническое колебание с выхода генератора 15.1 высокой частоты.
на выходе фазового манипулятора 16.1 формируется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМи)
к2
2
где ϕ(t)={0;π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом М(t), который поступает на первый вход смесителя 33.1, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 32.1
r1
r1
1
r1
u(t)=U⋅Cos(wt+ϕ).
На выходе смесителя 33.1 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 34.1 выделяется напряжение третьей промежуточной (разностной) частоты
пр3
c2
r1
где U=1/2 U⋅U;
пр3
r1
c
w=w-w - третья промежуточная (разностная) частота;
пр3
с1
r1
ϕ=ϕ-ϕ.
2
пр3
з1
к3
к4
з1
Это напряжение после усиления в усилителе 17.1 мощности через дуплексер 18.1 поступает в приемопередающую антенну 6.1, излучается ею в эфир на частоте w=w, улавливается приемопередающей антенной 8 пункта 7 управления и через дуплексер 18 поступает на вход универсального преобразователя 31 частоты. Указанный преобразователь обеспечивает подавление ложных сигналов(помех), принимаемых по первому зеркальному каналу на частоте w, по третьему w и четвертому w комбинационным каналам. Причем для подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по первому зеркальному каналу w, используется «внешнее кольцо», состоящее из гетеродина 19, фазовращателей 20 и 25 на 90°, смесителей 21 и 22, усилителей 23 и 24 первой промежуточной частоты, сумматора 26, и реализующее фазокомпенсационный метод.
к3
к4
Для подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по третьему и четвертому комбинационным каналам w и w, используется «внутреннее кольцо», состоящее из перемножителя 27, узкополостного фильтра 28, амплитудного детектора 29, ключа 30 и реализующее метод узкополостной фильтрации.
з1
Для полного подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по первому зеркальному каналу на частоте W (фиг. 4), также используется комплексная (амплитудно-фазовая) система идентификации, состоящая из калибратора 57, регулируемых фазовращателей 58 и 59, узкополостных фильтров 60 и 61, амплитудных детекторов 62 и 63, блока 64 вычитания, фильтров 65 и 68 нижних частот, перемножителя 67, инверсных усилителей 66 и 69.
Работа указанной комплексной системы идентификации осуществляется также, как это описано выше.
На выходе сумматора 26 образуется суммарное напряжение
пр1
r1
2
r2
где w=w-w - первая промежуточная (разностная) частота, которое через открытый ключ 30 поступает на первый вход перемножителя 35, на второй вход которого подается напряжение u(t) гетеродина 32. На входе перемножителя 35 образуется напряжение
4
Σ2
r2
где U=1/2 U⋅U;
r1
пp1
r2
w=w+w,
r2
которое выделяется полосовым фильтром 36 и поступает на первый вход перемножителя 35, на второй вход которого подается напряжение u(t) гетеродина 32. На входе перемножителя 35 образуется напряжение
4
Σ2
r2
где U=1/2 U⋅U;
r1
пp1
r2
w=w+w,
которое выделяется полосовым фильтром 36 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 37, на второй (опорный) вход которого подается напряжение гетеродина 19
r1
r1
r1
r1
u(t)=U⋅Cos(wt+ϕ).
На выходе фазового детектора 37 образуется низкочастотное напряжение
н2
н2
r2
U(t)=U⋅Cosϕ(t),
н2
4
r1
где U=1/2 U⋅U,
2
2
пропорциональное моделирующему коду M(t). Это напряжение поступает в первый процессор 10, который осуществляет разделение модулирующей функции M(t) (кодограммы) на отдельные блоки данных по следующим признакам:
- номер специального транспортного средства;
- данные географических координат специального транспортного средства;
- данные наличия особо важного и опасного груза на нем;
- данные скорости движения;
- наличие аварийных сигналов, и передает их в блок 11 сравнения, куда поступают также заданные и рассчитанные с помощью процессора 14 данные. Результаты сравнения кодируются кодирующим устройством 12 в соответствующее сообщение, которое поступает на рабочее место 13 оператора:
- специальное транспортное средство находится на разрешенном (запрещенном) маршруте (участке) движения;
- складирование груза произведено на разрешенном (не разрешенном) участке (где именно) контролируемой территории;
- разгрузка важного и опасного груза произведена в разрешенном (не разрешенном) месте;
скорость движения специального транспортного средства соответствует (не соответствует) заданной на данном участке маршрута;
- показания датчика аварийного сигнала в норме или поступил сигнал «Тревога».
Разрешенный безопасный маршрут движения выбирается процессором 14 на основе данных о начальном и конечном пунктах движения специального транспортного средства и выдается в форме маршрутного путевого листа водителю. Эти же данные через процессор 10 поступают в блок 11 сравнения.
Оператор рабочего места 13 по мере поступления данных со специальных транспортных средств осуществляет контроль за выполнением нормативных документов и при необходимости по каналам голосовой связи дает команду на специальное транспортное средство по корректировке действий специальных транспортных средств, а при поступлении сигнала «Тревога» дает голосовую команду мобильным группам быстрого реагирования о прибытии в конкретное место для ликвидации чрезвычайной ситуации.
Для повышения достоверности контроля транспортировки особо важных и опасных грузов используются идентификационные метки, размещенные на специальных транспортных средствах, и контрольные посты, устанавливаемые на маршрутах движения специальных транспортных средств, например, на въезде и выезде из парка и в других контрольных точках.
Контрольные посты снабжаются сканирующими устройствами 45.j (j=1,2,…,m, где m - количество контрольных постов).
Генератором 46.1 высокой частоты формируется высокочастотное колебание (Фиг. 7, а)
c
с
c
где Uc, w, ϕ, T - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность высокочастотного колебания, которое усиливается по мощности в усилителе 47.1 мощности и через дуплексер 48.1 поступает в приемопередающую антенну 49.1 и излучается ею в эфир.
Идентификационные ПАВ-метки размещаются на специальном транспортном средстве в зоне прямой видимости приемопередающей антенны 49.1 сканирующего устройства 45.1 (на лобовом стекле, бампере, номерном знаке, днище и т.д.).
c
Гармоническое колебание u(t) улавливается микрополосковой приемопередающей антенной 40.1 идентификационной ПАВ-метки 38.1 и поступает на вход встречно-штыревого преобразователя (ВШП), где преобразуется в акустическую волну.
Мн
Последняя распространяется по поверхности пьезокристалла 39.1, отражается от отражателей 44.1 и опять преобразуется в электромагнитный сигнал с фазовой манипуляцией (Ф) (Фиг. 7, в)
к
3
к
э
э
э
где ϕ(t)={0;π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции с соответствии с модулирующим кодом М(t) (Фиг. 7, б), причем ϕ(t)=const при Кτ<t<(к+1)τ, и может изменятся скачками при t=кτ,
э
с
с
э
т.е. на границах между элементарными послками (к=1,2,…,N-1), τ, N-длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Т (Т=τ⋅N).
3
При этом внутренняя структура сформированного ФМн-сигнала определяется модулирующим кодом М(t), который, в свою очередь, определяется топологией встречно-штыревого преобразователя, имеет индивидуальный характер и содержит всю необходимую уникальную информацию о специальном транспортном средстве и о грузе, перевозимом с помощью данного специального транспортного средства.
5
c
5
Сформированный ФМн-сигнал u(t) (Фиг. 7, в) излучается микрополосковой антенной 40.1 в эфир, улавливается приемопередающей антенной 49.1 сканирующего устройства 45.1 и через дуплексер 48.1 и усилитель 50.1 высокой частоты поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 51.1 на второй (опорный) вход которого подается гармоническое колебание u(t) (Фиг. 7, а) с выхода генератора 46.1 высокой частоты. В результате синхронного детектирования ФМн-сигнала u(t) на выходе фазового детектора 51.1 образуется низкочастотное напряжение (Фиг. 7, г)
н
5
с
где U=1/2 U⋅U,
3
Пропорциональное моделирующему коду М(t) (Фиг. 7, в). Это напряжение регистрируется и анализируется в компьютере 52.1.
c
Одновременно гармоническое колебание U(t) (Фиг. 7, а) с выхода генератора 46.1 высокой частоты поступает на первый вход смесителя 54.1, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 53.1
r1
r1
r1
r1
u(t)=U⋅Cos(wt+ϕ)
На выходе смесителя 54.1 образуется напряжения комбинационных частот. Усилителем 55.1 выделяется напряжение третьей промежуточной частоты (Фиг. 7, д)
пр4
c
c1
где U=1/2 U⋅U;
пр3
r1
c
w=w-w - третья промежуточная частота;
пр4=
с
r1
ϕϕ-ϕ,
4
которое поступает на первый вход фазового манипулятора 56.1. На второй вход фазового манипулятора подается модулирующий код M(t) (Фиг. 7, е), который формируется в компьютере 52.1 и представляет собой сумму модулирующих кодов
4
3
5
6
M(t)=M(t)+M(t)+M(t),
3
где М(t) - модулирующий код, содержащий всю необходимую информацию о специальном транспортном средстве и о грузе, перевозимом с помощью данного специального транспортного средства;
5
M(t) - модулирующий код, содержащий сведения о номере контрольного поста и его географических координатах;
6
М(t) - модулирующий код, содержащий сведения о времени прохождения специальным транспортным средством данного контрольного поста.
На выходе фазового манипулятора 56.1 формируется ФМн-сигнал (Фиг. 7, ж)
к3
4
2
пp3
з1
k3
k4
где ϕ(t)={0;π} - манипулируемая составляющая фаза, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t) (Фиг. 7, е), который после усиления по мощности в усилителе 57.1 поступает в приемопередающую антенну 49.1 и излучается ею в эфир на частоте w=W, улавливается приемопередающей антенной 8 пункта 7 управления и через дуплексер 18 поступает на вход универсального преобразователя 31 частоты. Указанный преобразователь обеспечивает, как это описано выше, подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по первому зеркальному каналу на частоте w, по третьему w и четвертому w комбинационным каналам.
На выходе сумматора 26 в этом случае образуется суммарное напряжение
пp1
r1
пp3
r2
где w=w-w - первая промежуточная (разностная) частота,которое через открытый ключ 30 поступает на первый вход перемножителя 35 на второй вход которого подается напряжение u(t) гетеродина 32. На выходе перемножителя 35 образуется напряжение
7
Σ3
r2
где U=1/2 U⋅U
r1
пp1
r2
w=w+w,
которое выделяется полосовым фильтром 36 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 37, на второй (опорный) вход которого подается напряжение гетеродина 19
r1
r1
r1
r1
u(t)=U⋅Cos(wt+ϕ).
На выходе фазового детектора 37 образуется низкочастотное напряжение
H3
H3
к3
U(t)=U⋅Cosϕ(t),
H3
7
r1
U=U⋅U,
Пропорциональное модулирующему коду M4(t). Это напряжение поступает в первый процессор 10 который осуществляет разделение модулирующего кода M4(t) (кодограммы) на отдельные коды:
- Модулирующий код M3(t), содержащий всю информацию о специальном транспортном средстве и о грузе, перевозимом с помощью данного специального транспортного средства;
- Модулирующий код M5(t) содержащий сведения о времени прохождения специального транспортного средства данного контрольного поста.
Указанные сведения поступают на рабочее место 13 оператора. Дополнительно введенные в состав системы новые элементы и изменения структурной организации позволяют существенно улучшить качественные характеристики за счет введения следующих новых функциональных возможностей системы:
- расчет кратчайших безопасных маршрутов транспортировки особо важных и опасных грузов позволяет уменьшить длительность пути движения и расход энергоресурсов;
- контроль движения специального транспортного средства по разрешенному маршруту уменьшает степень опасности субъектам и объектам;
- выработка сигналов о несанкционированных разгрузках экологически опасных грузов в запрещенных местах складирования исключает создание экологически опасных несанкционированных свалок;
- выдача в центр контроля аварийных сигналов при транспортировке особо важных и опасных грузов обеспечивает быструю ликвидацию последствий аварии, сохранение материальных ценностей, безопасность, защиту и спасение людей.
1
2
1
2
2
1
Система обеспечивает также повышение избирательности, помехоустойчивости и достоверности обмена дискретной информации между пунктом управления и специальными транспортными средствами. Это достигается реализацией дуплексного метода радиосвязи с использованием двух частот w и w и сложных сигналов с фазовой манипуляцией. Причем радиостанция, размещенная на пункте управления, излучает сложный ФМи-сигнал на частоте w, а принимает - на частоте w. А радиостанции, размещенные на специальных транспортных средствах, наоборот, излучают сложный ФМи-сигнал на частоте w, а принимают - на частоте w.
Обмен дискретной информацией между пунктом управления и специальными транспортными средствами носит конфиденциальный характер. При этом защита конфиденциальной информации имеет три уровня: криптографический, энергетический и структурный.
Криптографический уровень обеспечивается специальными методами шифрования, кодирования и преобразования дискретной информации. В результате которых ее содержание становится недоступным без предъявления ключа криптограммы и обратного преобразования.
Энергетический и структурный уровни обеспечиваются применением сложных ФМи-сигналов, которые обладают высокой энергетической и структурной скрытностью.
Предлагаемая система обеспечивает повышение достоверности контроля транспортировки особо важных и опасных грузов.
2
Это достигается дистанционной регистрацией на пункте управления факта и времени прохождения специальных транспортных средств, перевозящих особо важные и опасные грузы, через контрольные посты. При этом специальные транспортные средства снабжаются идентификационными ПАВ-метками, а контрольные посты- сканирующими устройствами, способными в автоматическом режиме передавать по радиоканалу на частоте w дискретную информацию, содержащую сведения о идентификационном номере специального транспортного средства и времени его прохождения через данный контрольный пост, причем указанная дискретная информация также носит конфиденциальный характер и имеет три уровня защиты: криптографический, энергетический и структурный.
Основной особенностью идентификационных ПАВ-меток являются малые габариты, большой срок службы и отсутствие источников питания.
з1
з2
к
пp1
пp1
пp1
Таким образом, предлагаемая система по сравнению с базовым объектом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение помехоустойчивости и достоверности обмена дискретной информацией между пунктом управления и специальным транспортным средством. Это достигается путем полного подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по первому W и второму W зеркальным каналам, за счет использования комплексных (амплитудно-фазовых) систем идентификации приемных каналов. Указанные системы используют гармонический калиброванный сигнал, получаемый от отдельного генератора (калибратора), частота которого W отличается от первой промежуточной частоты W на некоторую величину ΔW (ΔW-W). При малой величине ΔW калиброванный сигнал несет информацию о неидентичности приемных кагалов на первой промежуточной частоте W в силу корреляции близких частотных характеристик.