Адаптивный приемник сигналов автоматической локомотивной сигнализации
ADAPTIVE SIGNAL RECEIVER FOR AUTOMATIC LOCOMOTIVE SIGNALING

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики и может быть использовано в системах автоматической локомотивной сигнализации непрерывного действия, в частности, в приемниках сигналов автоматической локомотивной сигнализации непрерывного действия, установленных в кабине машиниста.
Известен приемник сигналов автоматической локомотивной сигнализации непрерывного действия (АЛСН), предназначенный для непрерывного приема в кабине машиниста кодовых (сигнальных) показаний путевых светофоров - зеленого (З), желтого (Ж) или красно-желтого (КЖ). Формирование числового кода каждого из этих показаний осуществляется кодирующей аппаратурой, состоящей из кодового путевого трансмиттера (КПТ) и трансмиттерного реле. Передаваемые в рельсовую цепь сигналы воспринимаются на локомотиве приемными катушками, усиливаются и преобразуются локомотивным приемником в последовательность импульсов, соответствующую исходной кодовой комбинации, переданной КПТ. Дешифратор декодирует принятую кодовую комбинацию и в зависимости от ее вида обеспечивает зажигание соответствующего огня локомотивного светофора (Кравцов Ю.А., Нестеров В.Л., Лекута Г.Ф. и др. "Системы железнодорожной автоматики и телемеханики", учебник для вузов под ред. Кравцова Ю.А., М., Транспорт, 1996, с.144-145).
Наличие помех в рельсовой цепи вызывает искажения принимаемых кодовых комбинаций, что приводит к ошибочному декодированию, т.е. к сбоям в работе. Повышение устойчивости функционирования автоматической локомотивной сигнализации может быть достигнуто путем применения адаптивного приемника, в котором распознавание сигнала, поступающего из рельсовой линии, осуществляется на основе сравнения заданного набора характеристических параметров его огибающей с параметрами уже принятых сигналов, записываемых в оперативном запоминающем устройстве, а также - с характеристическими параметрами образцовых сигналов З, Ж и КЖ, хранящихся в постоянном запоминающем устройстве.
Известен адаптивный приемник сигналов автоматической локомотивной сигнализации, содержащий блок приема кодовых сигналов из рельсовой цепи, вход которого соединен с приемными катушками, а его выход - с входом аналого-цифрового преобразователя, тактовый генератор, последовательно соединенные преобразователь, реализующий функцию преобразования Фурье, первое оперативное запоминающее устройство, блок формирования усредненного спектра сигналов и второе оперативное запоминающее устройство, корреляционное устройство сравнения, формирователь импульса управления, ключевой элемент и корреляционный идентификатор спектров сигналов автоматической локомотивной сигнализации, при этом вход преобразователя, реализующего функцию преобразования Фурье, соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, первый и второй выходы второго оперативного запоминающего устройства подключены соответственно к первому и второму входам корреляционного устройства сравнения, выход которого через формирователь импульса управления соединен с входом управления ключевого элемента, включенного между вторым выходом второго оперативного запоминающего устройства и входом корреляционного идентификатора спектров сигналов автоматической локомотивной сигнализации, выход тактового генератора подключен к входам управления первого оперативного запоминающего устройства, блока формирования усредненного спектра сигналов, второго оперативного запоминающего устройства и корреляционного устройства сравнения, выход корреляционного идентификатора спектров сигналов автоматической локомотивной сигнализации является выходом адаптивного приемника сигналов автоматической локомотивной сигнализации (RU 2304061, B61L 25/06, 10.08.2007).
Недостатком известного устройства является то, что в нем настройки тракта приема сигналов  не зависят от характера и уровней помех на  протяжении всего маршрута движения. Это ограничивает возможности по повышению помехозащищенности известного устройства.
В современных цифровых приемниках автоматической локомотивной сигнализации, характеристики блоков тракта приема сигналов, например, характеристики входных цифровых фильтров, пороговых и усилительных элементов могут оперативно изменяться только за счет изменений в программе цифровой обработки сигналов (см.,  например,  в RU 99420, B61L 25/06, 20.11.2010 примеры программного изменения параметров приемного тракта локомотивного приемника АЛС)
Это создает возможность оперативно адаптировать работу приемника сигналов АЛС, на различных участках движения поезда по маршруту, к среднестатистическим, или даже к текущим условиям по помехам, например, к помехам связанным с пересечением железной дороги с высоковольтными линиями электропередач или к помехам связанным с режимом работы тяговой установки самого локомотива, например, при движении его тяжеловесного поезда в районах тяговых подстанций и по горным участкам. Для этого также необходимо осуществлять регистрацию и накопление и статистическую обработку данных по помехам (такие устройства для регистрации и накопления данных по помехам, вызывающим сбои АЛС, известны, например, из RU 159957, B61L 25/06, 20.02.2016).
В качестве прототипа принят адаптивный приемник сигналов автоматической локомотивной сигнализации, содержащий последовательно соединенные локомотивные катушки, приемник сигналов, блок преобразования Фурье, блок вычисления коэффициентов корреляции, блок определения сигналов и блок индикации, при этом второй вход блока определения сигналов соединен с выходом блока определения координаты (RU 2314223, B61L 25/06, 10.01.2008).
Недостатком известного устройства является то, что настройки тракта приема сигналов АЛСН не зависят от характера и уровней помех на  протяжении всего маршрута движения. Это ограничивает возможности по повышению помехозащищенности этого устройства.
Технический результат изобретения заключается в повышении помехозащищенности устройства.
Технический результат достигается тем, что в адаптивный приемник сигналов автоматической локомотивной сигнализации, содержащий последовательно соединенные локомотивные катушки, приемник сигналов, блок преобразования Фурье, блок вычисления коэффициентов корреляции, блок определения сигналов, ко второму входу которого подключен блок определения координаты,  и блок индикации, согласно изобретению введен блок регистрации условий сбоев в работе приемника сигналов, к соответствующим входам которого подключены датчик тягового тока, датчик положения контроллера машиниста и блок выделения помехи, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом диагностики приемника сигналов и с выходом диагностики блока определения сигналов, выход блока регистрации условий сбоев в работе приемника сигналов соединен с первым входом блока задания текущих настроек  приемника сигналов, второй вход которого подключен к выходу блока вычисления коэффициентов корреляции, а выход соединен со вторым входом приемника сигналов, вход/выход блока задания текущих настроек  приемника сигналов соединен с выходом/входом блока электронной карты маршрута и памяти настроек приемного тракта приемника сигналов, второй выход/вход которого соединен с входом/выходом блока дуплексной радиосвязи,  соединеного с сервером автоматизированной системы управления сбором данных по помехам и выработкой рекомендаций по текущей программной настройке приемников сигналов  АЛСН.
Блок задания текущих настроек  приемника сигналов может быть выполнен с использованием программного обеспечения, основанного на принципах обучаемых нейронных сетей.
На чертеже приведена функциональная схема адаптивного приемника сигналов автоматической локомотивной сигнализации.
Адаптивный приемник сигналов автоматической локомотивной сигнализации содержит последовательно соединенные локомотивные катушки 1, приемник 2 сигналов, блок 3 преобразования Фурье, блок 4 вычисления коэффициентов корреляции, блок 5 определения сигналов, ко второму входу которого подключен блок 6 определения координаты,  и блок 7 индикации, блок 8 регистрации условий сбоев в работе приемника сигналов, к соответствующим входам которого подключены датчик 9 тягового тока, датчик 10 положения контроллера машиниста и блок 11 выделения помехи, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом диагностики приемника 2 сигналов и с выходом диагностики блока 5 определения сигналов, выход блока 8 регистрации условий сбоев в работе приемника сигналов соединен с первым входом блока 12 задания текущих настроек  приемника сигналов, второй вход которого подключен к выходу блока 4 вычисления коэффициентов корреляции, а выход соединен со вторым входом приемника 2 сигналов, вход/выход блока 12 задания текущих настроек  приемника сигналов соединен с выходом/входом блока 13 электронной карты маршрута и памяти настроек приемного тракта приемника сигналов, второй выход/вход которого соединен с входом/выходом блока 14 дуплексной радиосвязи,  соединеного с сервером автоматизированной системы управления сбором данных по помехам и выработкой рекомендаций по текущей программной настройке приемников сигналов  АЛСН (на чертеже не показан).
Адаптивный приемник сигналов автоматической локомотивной сигнализации работает следующим образом.
Приемник 2 сигналов, с помощью локомотивных катушек 1, осуществляет прием сигналов автоматической локомотивной сигнализации АЛСН из рельсовых цепей. Огибающая сигнала поступает в блок 3 преобразования Фурье, в котором рассчитывается амплитудный спектр сигнала. После этого в блоке 4 вычисления коэффициентов корреляции рассчитываются коэффициенты корреляции между амплитудным спектром принятого сигнала и амплитудными спектрами образцовых сигналов. По максимальному коэффициенту корреляции и учитывая местоположение локомотива, по данным от блока 6 определения координаты, в блоке 5 определения сигналов дешифрируется принятый сигнал, который отображается с помощью блока 7 индикации.
Когда воздействие помехи приводит к сбою в работе блока 5 определения сигналов, амплитудно временные характеристики этой помехи передаются с выхода диагностики приемника 2 сигналов на вход блока 11 выделения помехи вместе с данными о координатах, измеренных блоком 6 определения координаты, в пределах которых нарушалась нормальная работа блока 5. Также блок 8 регистрирует соответствующие данные от датчика 9, об изменениях величины тягового тока и датчика 10 о положениях контроллера машиниста. Все эти данные из оперативной памяти блока 11 выделения помехи записываются в постоянную память блока 8 регистрации условий сбоев в работе приемника 2 сигналов. В оперативную память блока 8 регистрации с выхода блока 4 вычисления коэффициентов корреляции непрерывно записываются текущие значения коэффициентов корреляции кодовых сигналов АЛСН принимаемых локомотивными катушками 1 с образцовыми и/или усредненными сигналами АЛСН, на основе которых блоком 5 определения сигналов принимаются решения по распознаванию кодовых сигналов АЛСН.
В постоянную память блока 8 регистрации из его оперативной памяти перезаписываются только коэффициенты корреляции необходимые для последующего анализа помеховой обстановки на интервалах времени непосредственно перед, во время  и после каждого сбоя в работе блока 5 определения сигналов. Информация о времени начала и о продолжительности сбоя в работе блока 5 поступает на второй вход блока 11 выделения помехи  и передается из него в блок 8 регистрации условий сбоев для того, чтобы из оперативной памяти блока 8  значения коэффициентов корреляции, относящиеся к временному интервалу необходимому для последующего анализа  условий сбоя, перезаписывались в его постоянную память и после этого оперативная память блока 8 регистрации освобождалась. Последующий анализ  условий сбоя для выработки рекомендаций по улучшенным настройкам приемника 2 сигналов  АЛСН выполняется локально, в процессе  работы бортового блока 12 задания текущих настроек  приемника 2 сигналов  АЛСН, а также выполняется на сервере автоматизированной системы управления (на чертеже не показан) с использованием сбора данных по помехам и выработки рекомендаций по программной настройке приемников 2 сигналов  АЛСН локомотивов вовлеченных во взаимодействие с этим сервером. Сервер статистически обрабатывает данные передаваемые блоками 14 дуплексной радиосвязи этих локомотивов и вырабатывает индивидуальные и групповые рекомендации по настройкам приемников 2 сигналов  АЛСН по умолчанию, для каждых участков маршрутов движения, соответствующих локомотивов. Эти настройки с сервера в удобные, с точки зрения организации движения поездов, моменты времени пересылаются из памяти сервера в память блока 12 электронной карты маршрута и памяти настроек приемного тракта приемника 2 сигналов АЛСН соответствующих бортовых устройств локомотивов.  Бортовой блок 12 задания текущих настроек  приемника 2 сигналов  АЛСН принимает интеллектуальное решение об использовании настроек из памяти блока 13 или из собственной памяти настроек,  с учетом результатов обучения и самообучения его программы нейронной сети по улучшению надежности работы бортовых устройств приема сигналов АЛСН. Программа самообучения накапливает данные о настройках повышающих значения коэффициентов корреляции рассчитанных блоком 4 вычисления коэффициентов корреляции в условиях, когда происходили сбои. Моменты для оперативной перенастройки приемников 2 бортовой блок 12 задания текущих настроек выбирает по разрешению бортовой системы управления движением локомотива. Преимущественно оперативная перенастройка производиться во время остановок и выполняется, если она существенно повышает качество работы приемника 2 по сравнению с текущей настройкой по умолчанию, основанной на данных, полученных с сервера. Программное обеспечение сервера содержит программы статистической обработки данных от локомотивных приемников 2, работающих в сходных условиях, и программы интеллектуальной выработки рекомендаций по их настройкам, а также содержит программы самообучения на основе нейронных сетей для автоматического улучшения с течением времени использования накопленных данных по рекомендованным и фактическим настройкам приемников 2. За счет локального самообучения и самообучения программ на сервере и использования локальной и глобальной статистической обработки данных, предлагаемое устройство имеет перед прототипом и аналогами преимущество в части достижения более высокого уровня помехоустойчивости.