ТЕРРИТОРИАЛЬНАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ ОСОБО ВАЖНЫХ И ОПАСНЫХ ГРУЗОВ
TERRITORIAL CONTROL SYSTEM FOR TRANSPORTATION OF PARTICULARLY IMPORTANT AND DANGEROUS GOODS

Предлагаемая система относится к области контроля и тревожный 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 их транспортировке в места складирования и переработки, сильнодействующие ядовитые вещества, радиоактивные вещества, биологически опасные вещества, взрывчатые вещества, снаряды, мины, денежные средства при их транспортировке из банков к различным получателям, уникальные картины и другие материальны ценности.
Особо важные и опасные грузы, как правило, транспортируются специальными транспортными средствами (мусоровозами, контейнеровозами, инкассаторскими машинами и т.п).
Известны системы контроля транспортировки экологически опасных грузов (авторские свидетельства 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, 2.403.623; 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; патенты 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» (патенты РФ №2.403.623, G08B 25/10, 2009), которая и выбрана в качестве базового объекта.
Указанная система обеспечивает повышенную достоверность контроля транспортировки особо важных и опасных грузов путем дистанционной регистрации факта и времени прохождения специальных транспортных средств, перевозящих указанные грузы, через контрольные посты. При этом специальные транспортные средства снабжаются идентификационными ПАВ - метками, контрольные посты - сканирующими устройствами, способными в автоматическом режиме передавать по радиоканалу на диспетчерский пункт управления дискретную информацию, содержащую сведения о идентификационном номере специального транспортного средства и времени его прохождения через данных контрольный пост, причем указанная дискретная информация носит конфиденциальный характер и имеет три уровня защиты от несанкционированного доступа: криптографический, энергетический и структурный.
1
I
II
1
2
В состав радиостанций, размещенных на диспетчерском пункте управления и на каждом специальном транспортном средстве, входят радиоприемники, построенные по супергетеродинной схеме. В указанных радиоприемниках одно и то же значение первой промежуточной частоты ωпр может быть получено в результате приема сигналов на четырех частотах: ω, ω, ωз и ωз, т.е.
1
I
1
1
1
1
ωпр=ω-ωг, ωпр=ωг-ωз
1
2
2
1
2
II
ωпр=ωз-ωг, ωпр=ωг-ω.
I
II
1
2
I
II
1
1
2
Следовательно, если частоты настройки ω и ω принять за основные каналы приема, то наряду с ними будут иметь место зеркальные каналы приема, частоты ωз и ωз которых отличаются от частот ω и ω на 2ωпр и расположены симметрично (зеркально) относительно частот ωг и ωг гетеродинов (фиг. 4а).
Преобразование по зеркальным каналам приема происходит с тем же коэффициентом преобразования Knp, что и по основным каналам приема. Поэтому они наиболее существенно влияют на избирательность и помехоустойчивость радиоприемников.
Кроме зеркальных существуют и другие дополнительные (комбинированные) каналы приема.
В общем виде любой комбинированный канал приема имеет место при выполнении условий:
1
ωпр=(±mωki±nωг1),
1
ωпр=(±mωkj±nωг2),
где ωki, ωkj - частоты i-го и j-го комбинированных каналов,
m, n, i, j - целые положительные числа.
Наиболее вредными комбинационными каналами приема являются каналы, образующие при взаимодействии первой гармоники частоты сигналов с гармониками частоты гетеродинов малого порядка (второй третьей и т.д.) так как чувствительность радиоприемников по этим каналам близка к чувствительности основных каналов. Так четырем комбинированным каналам при m=1 и n=2 соответствуют частоты:
1
1
1
2
1
1
ωk=2ωг-ωпр, ωk=2ωг+ωпр,
3
2
1
4
2
1
ωk=2ωг-ωпр, ωk=2ωг+ωпр.
Известная система обеспечивает подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальным и комбинационным каналам.
Однако в радиоприемниках, входящих в состав радиостанций, установленных на диспетчерском пункте управления и специальных транспортных средствах, кроме зеркальных и комбинационных каналов приема существуют и другие дополнительные (интермодуляционные и канал прямого прохождения) каналы приема.
1
Если несущие частоты помех будут равны первой промежуточной частоте ωпр, то образуются каналы прямого прохождения. Для указанных помех элементы радиоприемников являются простыми передаточными звеньями.
1
3
2
4
Если два или более мощных сигналов одновременно попадают в полосы пропускания Δωп и Δωп, расположенные «слева» от полосы пропускания Δωп радиоприемников, или в полосы частот Δωп и Δωп, расположенные «справа» от полосы пропускания Δωп радиоприемников, то на нелинейных элементах в результате их взаимодействия образуются инермодуляционные частоты, которые могут попадать в полосу пропускания Δωп радиоприемников, т.е. образуются интермодуляционные каналы приема (фиг. 4б, в, г, д).
Наличие ложных сигналов (помех), принимаемых по каналу прямого прохождения и интермодуляционным каналам, приводит к снижению избирательности и помехоустойчивости радиоприемников, надежности дуплексной радиосвязи между диспетчерским пунктом управления и специальными транспортными средствами путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по каналам прямого прохождения и интермодуляционным каналам.
1
2
Поставленная задача решается тем, что территориальная система контроля транспортировки особо важных и опасных грузов, содержащая, в соответствии с ближайшим аналогом, на каждом специальном транспортным средстве идентификационную метку и последовательно связанные радиостанцию, абонентское устройство кодирования и устройство регистрации, а также датчик координатной информации, датчик характера груза и сигнальный датчик, подключенные к абонентскому устройству кодирования на диспетчерском пункте управления последовательно связанные радиостанцию, первый процессор и 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 диспетчерского 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 и дуплексер, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, последовательно включенные первый гетеродин, первый смеситель, первый усилитель первой промежуточной частоты, первый сумматор, первый перемножитель, первый узкополосный фильтр, амплитудный детектор, ключ, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, первый полосовой фильтр и фазовый детектор, второй вход которого соединен с вторым выходом первого гетеродина, последовательно подключенные к второму выходу первого гетеродина первый фазовращатель на 90°, второй смеситель, второй усилитель первой промежуточной частоты и второй фазовращатель на 90°, выход которого соединен с вторым входом первого сумматора, второй вход фазового манипулятора радиостанции, размещенной на диспетчерском пункте управления, соединен с выходом первого процессора, а выход фазового детектора подключен к выходу первого процессора, второй вход фазового манипулятора радиостанции, размещенной на каждом специальном транспортном средстве, соединен с выходом абонентского устройства кодирования, а выход фазового детектора подключен к выходу абонентского устройства кодирования, частоты ωг и ωг гетеродинов разнесены на значение первой промежуточной частоты.
1
2
1
1
I
2
2
2
II
1
3
3
II
I
ωпр: ωг-ωг=ωпр, радиостанция, размещенная на диспетчерском пункте управления, выполнена с возможностью излучения сложных сигналов с фазовой манипуляцией на частоте ω=ωг=ωпр, где ωпр - вторая промежуточная частота, а приема - на частоте ω=ωг=ωпр, где ωпр - третья промежуточная частота, а радиостанция, размещенная на каждом специальном транспортном средстве, выполнена с возможностью излучения сложных сигналов с фазовой манипуляцией на частоте ω, а приема - на частоте ω, а также сканирующие устройства, установленные на контрольных постах, через которые следуют специальные транспортные средства, перевозящие особо важные и опасные грузы, каждая идентификационная метка выполнена в виде пьезокристалла с нанесенными 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 сканирующее устройство выполнено в виде последовательно включенных генератора высокой частоты, усилителя мощности, дуплексера, вход-выход которого связан с приемо-передающей 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 выходом компьютера, усилителя мощности и приемопередающей антенны, отличается от ближайшего аналога тем, что каждая радиостанция снабжена вторым узкополосным фильтром, вторым, третьим и четвертым сумматорами, вторым и третьим полосовыми фильтрами и тремя фазоинверторами, причем к выходу дуплексера последовательно подключены второй узкополосный фильтр, первый фазоинвертор, второй сумматор, второй вход которого соединен с выходом дуплексера, второй полосовой фильтр, второй фазоинвертор, третий сумматор, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, третий полосовой фильтр, третий фазоинвертор и четвертый сумматор, второй вход которого соединен с выходом третьего сумматора, а выход подключен к вторым входам первого перемножителя, первого и второго смесителей.
Структурная схема предлагаемой системы представлена на фиг. 1. Структурная схема радиостанции, размещенной на диспетчерском пункте управления, представлена на фиг. 2. Структурная схема радиостанции, размещенной на каждом специальном транспортном средстве, представлена на фиг. 3. Частотные диаграммы, поясняющие преобразование сигналов по частоте, изображены на фиг. 4. Электрическая схема идентификационной метки показана на фиг. 5. Структурная схема сканирующего устройства представлена на фиг. 6.
Оборудование размещенное на каждом специальном транспортном средстве, содержит идентификационную метку 38.i и 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 характер груза и сигнальные датчики 2.3, подключенные к абонентскому устройству 3.i кодирования.
Оборудование, размещенное на диспетчерском пункте управление 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, устройство 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, фазовой 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), второй узкополосный фильтр 58 (58.1), первый фазоинвертор 59 (59.1), второй сумматор 60 (60.1), второй вход которого соединен с выходом дуплексера 18 (18.1), второй полосовой фильтр 61 (61.1), второй фазоинвертор 62 (62.1), третий сумматор 63 (63.1), второй вход которого соединен с выходом второго сумматора 60 (60.1), третий полосовой фильтр 64 (64.1), третий фазоинвертор 65 (65.1), четвертый сумматор 66 (66.1), второй вход которого соединен с выходом третьего сумматора 63 (63.1), первый смеситель 21 (21.1), второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина 19 (19.1), первый усилитель 23 (23.1) первой промежуточной частоты, первый сумматор 26 (26.1), первый перемножитель 27 (27.1), второй вход которого соединен с выходом четвертого сумматора 66 (66.1), первый узкополосный фильтр 28 (28.1), амплитудный детектор 29 (29.1), ключ 30 (30.1), второй вход которого соединен с выходом первого сумматора 26 (26.1), второй перемножитель 35 (35.1), второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 32 (32.1), первый полосовой фильтр 36 (36.1) и фазовый детектор 37 (37.1), второй вход которого соединен с вторым выходом первого гетеродина 19 (19,1). при чем второй вход фазового манипулятора 16 радиостанции, размещенной на диспетчерском пункте 7 управление, соединен с выходом первого процессора 10, а выход фазового детектора 37 подключен к входу первого процессора 10, второй вход фазового манипулятора 16.1 радиостанции, размещенной на каждом специальном транспортном средстве, соединен с выходом абонентского устройства 3.1 кодирования, а выход фазового детектора 37.1 подключен к входу абонентского устройства 3.1 кодирования.
Первый гетеродин 19 (19.1), фазовращатели 20 (20.1) и 25 (25.1), смесители 21 (21.1) и 22 (22.1), усилители 23 (23.1) и 24 (24.1) первой промежуточной частоты, сумматоры 26 (26.1), 60 (60.1), 63 (63.1) и 66 (66.1), перемножитель 27 (27.1), узкополосные фильтры 28 (28.1) и 58 (58.1), амплитудный детектор 29 (29.1), ключ 30 (30.1), фазоинверторы 59 (59.1), 62 (62.1) и 65 (65.1), полосовые фильтры 61 (61.1) и 64 (64.1) образуют универсальный преобразователь частоты 31 (31.1).
1
2
1
Частоты ωг и ωг гетеродинов 19 (19.1) и 32 (32.1) разнесены на значение первой промежуточной частоты ωпр
2
1
1
ωг-ωг=ωпр.
Идентификационная метка 38.1 выполнена в виде пьезокристалла 39.1 с нанесенным на его поверхность аллюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем (ВШП), связанным с микрополосовой приемопередающей антенной 40.1, и набором отражателей 44.1. ВШП поверхностных акустических волн (ПАВ) содержит две гребенчатые системы электродов 41.1, шины 42.1 и 43.1, которые соединяют электроды каждой из гребенок между собой. Шины, в свою очередь, связаны с микрополосовой приемопередающей антенной 40.1.
Сканирующее устройство 45.1 выполнено в виде последовательно включенных генератора 46.1 высокой частоты, усилителя 47.1 мощности, дуплексера 48.1, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной 49.1, усилителя 50.1 высокой частоты, фазового детектора 51.1, второй вход которого соединен с выходом генератора 46.1 высокой частоты, компьютера 52.1, последовательно включенных гетеродина 53.1, смесителя 54.1, второй вход которого соединен с выходом генератора 46.1 высокой частоты, усилителя 55.1 третьей промежуточной частоты, фазового манипулятора 56.1, второй вход которого соединен с выходом компьютера 52.1, усилителя 57.1 мощности и приемопередающей антенны 49.1.
Предлагаемая система работает следующим образом.
Чувствительными элементами системы являются датчик 2.1 координатной информации, датчик 2.2 характера груза, сигнальные 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 «Навигатор» (США), выполняется съемным и выпускаемым промышленностью в стандартной упаковке (прибор SDS - 221). С помощью указанной радионавигационной системы обеспечивается определение географических координат 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.
Сигнальный датчик 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 следующие:
- частотный диапазон - 900.....920 МГц;
- дальность действия - десятки метров;
7
- количество кодовых комбинаций - до 10;
- тип излучаемого сигнала - гармоническое колебание;
- тип отраженного (переизлучаемого) сигнала - сложный широкополосный сигнал с фазовой манипуляцией (база сигнала В=Δfc, Тс=200…1000, Δfc - ширина спектра, Тс - длительность сигнала);
- габариты - 8×1,5×5 мм;
- срок службы - не менее 20 лет;
- потребляемая мощность 0 Вт.
Идентификационная ПАВ - метка размещаемая на специальном транспортном средстве в зоне прямой видимости антенны 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.
Оператор диспетчерского пункта 7 управления может выбрать для просмотра то или иное специальное транспортное средство, ориентируясь на гаражный номер или другие характеристики специального транспортного средства. После выбора специального 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 с диспетчерского пункта 7 управления через радиостанцию 9 дает сообщения - 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 гармоническое колебание
1
1
1
1
Uc(t)=Vc×Cos(ωct+ϕc), 0≤t≤Tc,
1
1
которое поступает на первый вход фазового манипулятора 16, на второй вход которого подается моделирующий 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 (ФМН)
1
1
1
1
1
1
U(t)=Vc×Cos[ωct+ϕк(t)+ϕc], 0≤t≤Tc,
1
1
где ϕк(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M (t), который поступает на первый вход третьего смесителя 33, на второй вход которого подается напряжение второго гетеродина 32
Г1
Г1
Г1
Г1
U(t)=V×Cos(ω t+ϕ).
На выходе третьего смесителя 33 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 34 выделяется напряжение второй промежуточной (суммарной) частоты
2
2
2
1
2
1
Uпр(t)=Vпр×Cos[ωпрt+ϕк(t)+ϕпр], 0≤t≤Tc,
где
2
Г1
ωпр=ωс+ω - вторая промежуточная (суммарная) частота (фиг. 4, а);
2
1
Г1
ϕпр=ϕс+ϕ.
I
2
Г2
1
1
2
1
1
2
Это напряжение после усиления в усилителе 17 мощности через дуплексер 18 поступает в приемопередающую антенну 8, излучается ею в эфир на частоте ω=ωпр=ω, 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 каналу прямого прохождения на частоте ωпр, по первому зеркальному каналу на частоте ωз1, по первому комбинационному ωk и второму комбинационному ωk каналам, по интермодуляционным каналам. Причем для подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по первому зеркальному каналу на частоте ωз, 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, сумматора 26.1 и реализующее фазокомпенсационный метод. Для подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по первому и второму комбинационным каналам на частотах ωk и ωk, используется «внутреннее кольцо», состоящее из перемножителя 27.1, узкополосного фильтра 28.1, амплитудного детектора 29.1, ключа 30.1 и реализующие метод узкополосной фильтрации. При приеме полезных сигналов у сумматоров 60.1, 63.1, 66.1 работает только одно плечо и они беспрепятственно проходят через них.
Н1
1
H1
1
Частота настройки ω узкополосного фильтра 58.1 выбирается равной первой промежуточной частоты ωпр: ω=ωпр.
Н2
1
Частота настройки ω и полоса пропускания Δωn полосового фильтра 61.1 выбираются равными (фиг. 4, б):
Н2
1
2
1
2
1
ω=(ω+ω)/2; Δωn=ω-ω
Н3
2
Частота настройки ω и полоса пропускания Δωn полосового фильтра 64.1 выбираются равными (фиг. 4, б);
Н3
3
4
2
4
3
ω=(ω+ω)/2; Δωn=ω-ω
Если ложный сигнал помеха (помеха) принимается по каналу прямого прохождения
1
1
1
1
1
Un(t)-Vn×Cos(ωпрt+ϕn), 0≤t≤Tc,
то он с выхода дуплексера 18.1 поступает на первый вход сумматора 60.1, выделяется узкополосным фильтром 58.1 и подается на вход фазоинвертора 59.1. На выходе последнего образуется напряжение
1
1
1
1
1
*
Un(t)=-Vn×Cos(ωпрt+ϕn), 0<t<Tc,
1
1
*
которое поступает на второй вход сумматора 60.1. Напряжения Un(t) и Un(t), поступающие на два входа сумматора 60.1, на его выходе компенсируются.
1
Следовательно, ложный сигнал (помеха), принимаемый по каналу прямого прохождения на частоте ωпр, подавляются фильтром - пробкой, состоящим из узкополосного фильтра 58.1, фазоинвертором 59.1, сумматора 60.1 и реализующим фазокомпенсационный метод.
1
2
1
Если два или более мощных сигналов на частотах ω и ω попадают в полосу пропускания Δωn, расположенную «слева» от полосы пропускания Δωп приемника, взаимодействия между которыми на нелинейных элементах, приводит к образованию интермодуляционных составляющих, попадающих, а полосу пропускания Δωп приемника, то они поступают на первый вход сумматора 63.1, выделяются полосовым фильтром 61.1, инвертируются по фазе на 180° в фазоинверторе 62.1 и подаются на второй вход сумматора 63.1. На выходе сумматора 63.1 указанные сигнала компенсируются.
Следовательно, интермодуляционные помехи, попадающие в полосу пропускания ΔWn1, подавляются фильтром - пробкой, состоящим из полосового фильтра 61.1, фазоинвертора 62.1, сумматора 63.1 и реализующим фазокомпенсационный метод.
3
4
2
Если два или более мощных сигналов на частотах W и W попадают в полосу пропускания ΔWn, расположенную «справа» от полосы пропускания ΔWn приемника, взаимодействие между которыми на нелинейных элементах, приводит к образованию интермодуляционных составляющих, попадающих в полосу пропускания ΔWn приемника, то они поступают на первый вход сумматора 66.1, выделяются полосовым фильтром 64.1 инвертируются по фазе на 180° в фазоинверторе и подаются на второй вход сумматора 66.1. На выходе сумматора 66.1 указанные сигналы компенсируются.
2
Следовательно, интермодуляционные помехи, попадающие в полосу пропускания Δωn, подавляются фильтром-пробкой, состоящим из полосового фильтра 64.1, фазоинвертора 65.1, сумматора 66.1 и реализующим фазокомпенсационный метод.
На выходе сумматора 26.1 образуется суммарное напряжение.
Σ1
Σ1
пр1
к1
пр1
1
U(t)=V×Cos[ωt+ϕ(t)+ϕ], 0≤t≤Tc,
1
I
Г1
где ωпр=ω-ω - первая промежуточная (разностная) частота;
Г1
ω - частота гетеродина 19.1,
которое через открытый ключ 30.1 поступает на первый вход перемножителя 35.1, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 32.1
Г2
Г2
Г2
Г2
U(t)=V×Cos(ωt+ϕ).
На выходе перемножителя 35.1 образуется напряжение
2
2
Г1
1
Г1
1
U(t)=V×Cos[ωt-ϕk(t)+ϕ], 0≤t≤Тс,
где
Г1
Г2
пр1
пр3
ω=ω-ω=W,
которое выделяется полосовым фильтром 36.1 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 37.1, на второй (опорный) вход которого подается напряжение гетеродина 19.1
Г1
Г1
Г1
Г1
U(t)=V×Cos(ωt+ϕ)
В результате синхронного детектирования на выходе фазового детектора 37.1 образуется низкочастотное напряжение
Н1
H1
1
U(t)=V×Cos ϕk(t),
где
1
пропорциональное моделирующему коду M(t).
2
Это напряжение поступает в устройство 3.1 кодирования и, если оно соответствует бортовому номеру специального транспортного средства, запрашиваемого с диспетчерского пункта 7 управления, то массив данных, накопленных в устройстве 4.1 регистрации, в виде модулирующего кода M(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
2
2
2
2
Uc(t)=Vc×Cos(ωct+ϕс), 0≤t≤Тс
На выходе фазового манипулятора 16.1 формируется сложный ФМН сигнал
3
2
2
2
2
U(t)=Vc×Cos[ωct+ϕk(t)+ϕс], 0≤t≤Тс
2
где ϕk(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы,
2
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
Г2
Г2
Г2
Г2
U(t)=V×Cos(ωt+ϕ).
На выходе смесителя 33.1 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 34.1 выделяется напряжение третьей промежуточной (разностной) частоты
пр3
пр3
пр3
2
пр3
2
U(t)=V×Cos[ωt+ϕk(t)+ϕ], 0≤t≤Тс,
где
пр3
Г2
ω=ω-ωс - промежуточная (разностная) частота;
пр3
Г2
ϕ=ϕ-ϕс.
II
пр3
пр1
2
3
4
2„
3
4
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 ω=ω улавливается приемопередающей антенной 8 диспетчерского пункта 7 управления и через дуплексер 18 поступает на вход универсального преобразователя 31 частоты, указанный преобразователь обеспечивает подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по каналу прямого прохождения на частоте ω, по второму зеркальному каналу на частоте ωз, по третьему ωk и четвертому ωk комбинационным каналам, по интермодуляционным каналам. Причем для подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по второму зеркальному каналу на частоте ωз 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. Для подавления ложных сигналов (помех), принимаемые по третьему и четвертому комбинационным каналам на частоте ωk и ωk, используется «внутреннее кольцо», состоящее из перемножителя 27, узкополосного фильтра 28, амплитудного детектора 29, ключа 30 и реализующее метод узкополосной фильтрации.
пр1
3
4
Для подавления ложного сигнала (помехи), принимаемого по каналу, прямого прохождения на частоте ω используется фильтр-пробка, состоящий из узкополосного фильтра 58, фазоинвертора 59, сумматора 60 и реализующее фазокомпенсационный метод. Для подавления интермодуляционных помех, попадающих в пользу пропускания Δωn (Δωn), используется фильтр-пробка, состоящая из полосового фильтра 61 (64), фазоинвертора 62 (65), сумматора 63 (66) и реализующий фазокомпенсационный метод.
На выходе сумматора 26 образуется суммарное напряжение
Σ2
Σ2
пр1
2
пр1
2
U(t)=V×Cos[ωt+ϕk(t)+ϕ], 0≤t≤Tc
пр1
Г2
II
Г1
где ω=ω-ω - 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
4
4
Г2
2
Г2
2
U(t)=V×Cos[ω-ϕk(t)+ϕ], 0≤t≤Тс
где
Г2
пр1
Г1
ω=ω-ω,
Г2
которое выделяется полосовым фильтром 36 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 37, на второй (опорный) вход которого подается напряжение U(t) гетеродина 19. На выходе фазового детектора 37 образуется низкочастотное напряжение
H2
H2
2
U(t)=V×Cos ϕk(t),
где
2
пропорциональное модулирующему коду M(t).
2
Это напряжение поступает в первый процессор 10, который осуществляет разделение модулирущей функции M(t) (кодограммы) на отдельные блоки данных по следующим признакам:
- номер специального транспортного средства;
- данные географических координат специального транспортного средства;
- данные о наличии особо важного и опасного груза на нем;
- данные о 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;
- складирования груза произведено на разрешенном (не разрешенном) участке (где именно) контролируемой территории;
- разгрузка особо 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 гармоническое колебание
Uc(t)=Vс×Cos(ωсt+ϕс), 0≤t≤Тс
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 специальных транспортных средствам в зоне прямой видимости приемопередающей антенны 49.1 сканирующего устройства 45.1 (на лобовом стекле, бампере, номерном знаке, днище и т.д.).
Гармоническое колебание Uc(t) улавливается микрополосковой приемопередающей антенной 40.1 идентификационной ПАВ - метки 38.1 и поступает на выход встречно - штыревого преобразователя (ВШП), где преобразуется в акустическую волну.
Последняя распространяется по поверхности пьезокристалла 39.1, отражается от отражателей 44.1 и опять преобразуется в электромагнитный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМН).
5
5
2
U(t)=V×Cos[ωct-ϕk(t)+ϕс], 0≤t≤Тс
3
где ϕk(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с моделирующим кодом М(t).
3
При этом внутренняя структура сформированного ФМН сигнала определяется моделирующим кодом М(t), который, в свою очередь, определяется топологией ВШП, имеет индивидуальный характер и содержит всю необходимую уникальную информацию о специальном транспортном средстве и о грузе, перевозимом с помощью данного специального транспортного средства.
5
5
Сформированный ФМН сигнал U(t) излучается микрополосовой 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 Uc(t) с выхода генератора 46.1 высокой частоты. В результате синхронного детектирования ФМН сигнала U(t) на выходе фазового детектора 51.1 образуется низкочастотное напряжение
H
H
U(t)=V×Cosϕk(t),
где
3
пропорциональное моделирующему коду М(t).
Одновременное гармоническое колебание Uc(t) с выхода генератора 46.1 высокой частоты поступает на первый вход смесителя 54.1, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 53.1
Г2
Г2
Г2
Г2
U(t)=V×Cos(ωt+ϕ).
На выходе смесителя 54.1 образуются напряжение комбинационных частот. Усилителем 55.1 выделятся напряжение третьей промежуточной частоты
пр4
пр4
пр3
пр4
U(t)=V×Cos(ωt+ϕ),
где
пр3
Г2
ω=ω-ωс - третья промежуточная (разностная) частота;
пр4
с
Г2
ϕ=ϕ-ϕ.
4
которое поступает на первый вход фазового манипулятора 56.1. На второй вход фазового манипулятора 56.1 подается модулирующий код M(t), 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
где M(t) - модулирующий код, содержащий сведения о номере контрольного поста и его географических координатах;
6
M(t) - модулирующий код, содержащий сведения о времени прохождения специальным транспортным средствам данного контрольного поста.
На выходе фазового минипулятора 56.1 формируется ФМН сигнал
6
6
пр3
3
пр3
U(t)=V×Cos[ωt+ϕk(t)+ϕ], 0≤t≤Тс,
3
4
где ϕk(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t),
II
пр3
который после усиления по мощности в усилителе 57.1 мощности поступает в приемопередающую антенну 49.1 и излучается ею в эфир на частоте ω=ω, улавливается приемопередающей антенной 8 диспетчерского 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 дополнительным каналам. А на выходе фазового детектора 37 в этом случае образуется низкочастотное напряжение
Н3
Н3
3
U(t)=V×Cos ϕk(t),
4
пропорциональное моделирующему коду M(t). Это напряжение поступает в первый процессор 10, а затем на рабочее место 13 оператора.
Дополнительно введенные в состав системы новые элементы и изменение 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.
Обмен дискретной информацией между диспетчерским 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 ФМН сигналов, которые обладают высокой энергетической и структурной скрытностью.
Предлагаемая система обеспечивает повышение достоверности контроля транспортировки особо важных и опасных грузов. Это достигается дистанционной регистрацией на диспетчерском 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 дискретную информацию, содержащую сведения о идентификационным номере специального транспортного средства и времени его прохождения через данный контрольный пост, на диспетчерский пункт управления. 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.
Возможен также и другой вариант: когда сканирующие устройства устанавливаются на специальных транспортных средствах, а идентификационных ПАВ - метки размещаются на контрольных постах.
Таким образом, предлагаемая система по сравнению с базовым объектом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение избирательности и помехоустойчивости радиоприемников, надежности дуплекной радиосвязи между диспетчерскими пунктом управления и специальными транспортными средствами. Это достигается за счет подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по каналам прямого прохождения и интермодуляционным каналам, с помощью фильтров-пробок, состоящих из узкополосного фильтра, полосовых фильтров, фазоинверторов, сумматоров и реализующих фазокомпенсационный метод.