КОММУНИКАЦИОННЫЙ РАДИОМАЯК И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО ПОЛОЖЕНИЯ
COMMUNICATION RADIO BEACON, AND DEVICE FOR DETERMINING SPATIAL POSITION

Настоящее изобретение касается радиомаяка для передачи на расстояние сигнального сообщения, при этом радиомаяк предназначен для размещения вдоль железнодорожных путей для связи с коммуникационным устройством, размещенным на борту транспортного средства, перемещающегося по железной дороге, или с устройством для определения пространственного положения. Радиомаяк содержит средства приема активирующих сигналов от коммуникационного устройства транспортного средства, средства передачи на бортовое коммуникационное устройство сигнального сообщения, по меньшей мере, одно средство хранения информации, средства управления, предназначенные для регистрации данных в средстве хранения информации.
Известны радиомаяки, размещенные вдоль транспортного пути и способные передавать по дистанции сигнальную информацию, например максимальную скорость, предел которой нельзя превышать, на коммуникационные устройства, размещенные на борту транспортного средства.
Существуют различные типы радиомаяков, каждый из которых предназначен для связи с определенным бортовым коммуникационным устройством. Каждый радиомаяк спроектирован в соответствии с заданной нормой и предназначен для связи только с коммуникационным устройством, конфигурация которого построена по той же норме.
Нормы определяют спецификации сигналов обмена, а также тип кодирования сигнальной информации.
Во всяком случае, эти нормы различны для каждой из стран Европы. Более того, коммуникационное устройство одного типа не может декодировать сигнальные сообщения, передаваемые радиомаяком другого типа. Например, во Франции радиомаяки и бортовые коммуникационные устройства отвечают требованиям нормы «KVВ» (контроль скорости радиомаяком).
Для того чтобы бортовые коммуникационные устройства могли связываться с радиомаяками в различных странах, европейское сообщество приняло норму, называемую нормой «Eurobalise», которая определяет форму сигналов и кодирование сигнального сообщения между радиомаяком типа «Eurobalise» и коммуникационным устройством типа «Eurobalise». Эта норма применяется в некоторых странах Европы, но пока еще не является обязательной.
Норма «Eurobalise» определяет параметры сигнала типа «Eurobalise». Норма доступна неопределенному кругу лиц благодаря, в частности, документу «SUBSET 036 версия 2.3.0 (FFFIS для Eurobalise), размещенному в Интернете по следующему адресу «http://www.aeif.org/ccm/default.asp» в рубрике «Documents».
Сигнал типа Eurobalise является строго синусоидальным с частотой 29,095 МГц.
Радиомаяки типа «Eurobalise» были разработаны для того, чтобы не отвечать автоматически на сигналы, испускаемые бортовым оборудованием прошлого поколения. Существуют, по меньшей мере, три возможных варианта, в которых радиомаяк не должен отвечать бортовым коммуникационным устройствам.
а) Для временных ограничений скорости, т.е. когда на путях производятся работы, радиомаяки устанавливаются временно для уменьшения скорости до разрешенного предела. Работы производятся с перерывами, поэтому радиомаяки должны молчать, когда работы не производятся, и должны работать, когда работы производятся.
b) В процессе установки радиомаяков, т.е. радиомаяки могут быть установлены до того, как будут подготовлены сообщения, которые они должны передавать. В случае, когда бортовое коммуникационное устройство пытается прочесть сообщение, теоретически записанное в радиомаяке, радиомаяк передает нечитаемые данные. Перевод маяков в режим молчания позволяет перейти к фазам установки, которые являются длительными без необходимости ожидания того, чтобы деятельность по созданию сообщений была закончена. Таким образом, необходимо, чтобы радиомаяки находились в режиме молчания, чтобы сообщения не были переданы и нормальная работа транспортных средств, снабженных коммуникационным устройством типа «Eurobalise», не была нарушена.
с) Для верификации данных программ, т.е. определенные команды программируют сообщения для передачи радиомаякам, a другие команды прослеживают, чтобы правильные сообщения передавались правильным радиомаякам. Между этими двумя операциями транспортные средства не должны получать непроверенные сообщения.
Чтобы перейти в режим «молчания», на каждый радиомаяк вручную следует положить металлическую пластину, чтобы физически помешать любой передаче сигналов.
Во всяком случае, ручная операция перевода в режим «молчания» имеет много недостатков. Размещение пластины является процессом длительным и требует работы оператора для подачи команд между двумя поездами в часы минимального движения либо перекрытия пути и, таким образом, остановки движения на участке пути. Более того, доступ к радиомаякам не всегда легок, так как путь может проходить по гористой местности, либо, если путь удален от дорог, доступ может представлять риск для обслуживающего персонала. Наконец, физическое вмешательство в передачу сигнальных сообщений не обеспечивает верности решения вопроса, так как в случае кражи пластины более никакое устройство не помешает радиомаяку передавать сигнальные сообщения на устройства, размещенные на борту транспортного средства, перемещающегося по пути.
Более того, затем радиомаяки должны быть введены в режим «передачи». Операция осуществляется вручную, при этом персонал должен добраться до каждого из радиомаяков для снятия металлической пластины с теми же затруднениями, что и при переводе их в режим «молчания».
Задачей настоящего изобретения является исключение указанных недостатков путем создания радиомаяка и устройства для определения пространственного положения, которые можно быстро привести в рабочее состояние и которые не ставят под угрозу безопасность персонала и не передают ложных сигналов.
Для решения поставленной задачи согласно изобретению предложен радиомаяк, передающий на расстояние сигнальное сообщение упомянутого выше типа, характеризующийся тем, что средства приема могут также принимать также сигнал определения, содержащий сообщение о пространственном положении, исходящий от устройства определения пространственного положения, при этом сообщение о пространственном положении определяет режим работы радиомаяка между режимом «передача» или режимом «молчание», при этом средство хранения информации способно сохранять режим операции, содержащийся в сообщении о пространственном положении.
Таким образом, ложные сигналы исключаются, так как запрет или разрешение передачи не связаны с физическим предметом, находящимся на коробе радиомаяка. Радиомаяк согласно изобретению позволяет также уменьшить количество металлического материала, необходимого для прерывания передачи, так как никакой пластины более не требуется. Радиомаяк согласно изобретению является более экономичным и более точным, чем известный радиомаяк.
Радиомаяк согласно изобретению содержит
- средство управления, предназначенное для определения, по меньшей мере, одного параметра принимаемого сигнала определения пространственного положения,
- средство управления, предназначенное для определения двух параметров принимаемого сигнала определения пространственного положения, при этом параметры содержат последовательные периоды принимаемого сигнала определения пространственного положения,
- средство управления, предназначенное для воспроизведения опознавающего сообщения, содержащегося в сигнале определения пространственного положения,
- средство управления, предназначенное для управления записью о пространственном положении в средства хранения информации в зависимости от результата осуществляемого сравнения воспроизведенного опознавающего сообщения и управления передачей сигнала сигнализации, несущего сигнальное сообщение, в зависимости от определения пространственного положения, записанного в средстве хранения информации,
- средство управления запрещает передающим средствам передавать сигнальное сообщение, несущее сигнальную информацию транспортному средству, когда радиомаяк установлен в режим «молчания» независимо от активирующего сигнала, передаваемого бортовым коммуникационным устройством,
- средство управления разрешает передающим средствам направлять сигнальное сообщение, несущее сигнальную информацию транспортному средству, когда радиомаяк установлен в режим «передачи», при этом активационный сигнал, передаваемый коммуникационным устройством, является сигналом типа «Eurobalise».
Изобретение касается также устройства для определения пространственного положения коммуникационного радиомаяка, содержащего средства модуляции сигнала определения, несущего сообщение о пространственном положении, предназначенное для записи в радиомаяк.
Устройство для определения пространственного положения в соответствии с изобретением имеет преимущество, заключающееся в чрезвычайно быстром определении радиомаяков, так как нет необходимости ручного воздействия на каждый радиомаяк. Когда устройство для определения пространственного положения размещено на транспортном средстве, время определения сведено к минимуму, т.е. оно равно времени, необходимому транспортному средству, на котором размещено устройство определения пространственного положения, чтобы проехать по линии, где размещены радиомаяки. Безопасность персонала значительно улучшена, так как нет необходимости находиться на железнодорожном пути.
Устройство для определения пространственного положения может характеризоваться тем, что
- сигнал определения является модулированной по амплитуде синусоидой, несущей сообщение о пространственном положении,
- сообщение о пространственном положении содержит совокупность бит «1» и бит «0»,
- один бит «1» определяется серией импульсов максимальной амплитуды и первым периодом, за которым следует серия импульсов минимальной амплитуды и второго периода, отличного от первого периода,
- один бит «0» определяется серией импульсов максимальной амплитуды и первым периодом, за которым следует серия импульсов минимальной амплитуды и третьего периода, отличного от второго периода.
В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием, не являющимся ограничительным, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
фиг.1 изображает схему сообщения между бортовым коммуникационным устройством транспортного средства и радиомаяком, размещенным вдоль железнодорожного пути, согласно изобретению;
фиг.2 - схему пространственного положения радиомаяка, размещенного вдоль железнодорожного пути, посредством устройства для определения пространственного положения, размещенного на борту транспортного средства, согласно изобретению;
фиг.3 - блок-схему радиомаяка, согласно изобретению;
фиг.4 - диаграмму сигнала определения SC, согласно изобретению.
Радиомаяк согласно изобретению представлен схематично на фиг.1 и на фиг.2. На фиг.1 радиомаяк 1 размещен вдоль железнодорожного пути 4, по которому передвигается транспортное средство 3, содержащее бортовое коммуникационное устройство 5, способное передавать активирующий сигнал S1 на радиомаяки 1. Когда радиомаяк 1 работает в режиме «передачи», он посылает на бортовое коммуникационное устройство 5 сигнал S2 сигнализации, несущий сигнальное сообщение М.
Радиомаяк 1 может быть опознан во времени столько раз, сколько необходимо, путем перехода устройства 2 для определения пространственного положения в режим «молчания» или возврата в режим «передачи». На Фиг.2 показано, как осуществляется определение радиомаяка 1 устройством 2 для определения пространственного положения, размещенном на транспортном средстве 3′. При приближении к радиомаяку, географическое положение которого известно, устройство 2 для определения пространственного положения посылает опознавающее сообщение SC, содержащее сообщение МС опознавания для перевода радиомаяка в состояние «молчания» или состояние «передачи».
Блок-схема радиомаяка 1 изображена на фиг.3. Радиомаяк 1 содержит корпус 10, в котором размещена антенна 12, средство 14 передачи и средство 16 подачи питания, соединенные с антенной 12.
Антенна 12 предназначена для получения сигнала SC опознавания, содержащего сообщение МС, направленное устройством 2 для определения пространственного положения, либо для получения активирующего сигнала S1 от бортового коммуникационного устройства 5. Антенна 12 предназначена также для передачи сообщения МС управляющим средствам 18 или передачи сигнала S2 сигнализации типа Eurobalise бортовому коммуникационному устройству 5.
Средство 16 подачи питания предназначено для рекуперации электрической энергии, содержащейся в активирующем сигнале S1 для питания электронных компонентов радиомаяка 1.
Средство 14 передачи содержит модулятор/демодулятор, предназначенный для амплитудной или частотной модуляции сигнала S2 сигнализации и подачи его в антенну 12 для передачи. Средство 14 передачи способно также демодулировать сигнал опознавания SC и передавать его управляющим средствам для обработки.
Средство 18 управления предназначено для управления средством передачи 14, чтобы обеспечивать амплитудную или частотную модуляцию сигнала S2 сигнализации, несущего сигнальное сообщение М. Средство 18 управления предназначено также для обработки сигнала SC определения пространственного положения для интерпретации опознавающего сообщения и его сравнения с типовыми сообщениями, имеющимися в средстве 18 управления. Средство 18 управления выполнено, например, в виде вычислительного блока, встроенного в интегральную схему, или FGPA.
Средство 18 управления соединено, с одной стороны, с первым средством хранения информации, например памятью, названной в нижеследующем описании опознавающей памятью 20. Средство 18 управления способно записывать в опознавающую память 20 пространственное положение, содержащееся в опознавающем сообщении 20, принятом для передачи этого определения на радиомаяк 1. Определение требует его перевода либо в режим «молчания», либо в режим «передачи».
Средство 18 управления соединено, с другой стороны, со вторым средством хранения информации 22, например памятью, называемой в нижеследующем описании второй памятью для записи или воспроизведения сигнального сообщения М в этой второй памяти 22.
Вторая память 212 хранит одно или множество сигнальных сообщений М, предназначенных для передачи на коммуникационное устройство 5, размещенное на борту транспортного средства 3, в случае, когда радиомаяк 1 находится в режиме «передачи». Это сообщение содержит, например, сведения о местонахождении радиомаяка и максимально допустимой скорости. Оно периодически передается на радиомаяк 1 центральной сигнальной аппаратурой 40 либо посредством оборудования на земле (не показано), либо постоянно хранится во второй памяти 22 записанное до или во время установки радиомаяка.
Модуль 24 рекуперации предназначен для восстановления сигнального сообщения М путем преобразования его электрического формата и направления его в средство 18 управления, которое переправляет его к средству 14 передачи или записывает во вторую память 22.
В соответствии с вариантом воплощения опознавающая память 20 и вторая память 22 образуют одно средство хранения.
Сигнал опознавания SС, передаваемый радиомаякам, получается вследствие амплитудной модуляции синусоиды с частотой 27,095 МГц. На Фиг. 4 показана диаграмма сигнала SC определения пространственного положения, передаваемая радиомаяку 1.
Синусоида модулируется по амплитуде. Сигнал определения SC (фиг. 4) содержит серию импульсов с периодом Р1 и максимальной амплитудой (100%), а также серию импульсов с периодом Р2 или Р3, отличными от Р1, и амплитудой, наполовину меньшей (50%) от максимальной амплитуды. Период Р2 является более коротким, чем период Р3. Например, Р1 является периодом в 20 µs, Р2 является периодом в 2 µs, а Р3 является периодом в 3 µs.
Сигнал SC определения пространственного положения содержит также серию пачек импульсов, которые составляют опознавающее сообщение МС. В устройстве для распознавания пространственного положения согласно изобретению один бит, равный «1», представлен серией импульсов с периодом Р1, за которым следует серия с меньшей амплитудой периодом Р2, то есть периодом Р длительностью в 22 µs, при этом один бит, равный «0», представлен серией импульсов периодом Р1, за которым следует серия импульсов меньшей амплитуды с периодом Р3, то есть периодом Р′ длительностью в 23 µs. Форма сигнала S1 определения пространственного положения представлена на фиг.4. Период Р2 или Р3 с меньшей амплитудой позволяет определить, равен ли бит «1» или «0».
Европейская норма определяет сигнал формы, идентичный по форме сигналу SС определения пространственного положения, представленному попеременно периодами «Р1Р2-Р1Р3-Р1Р2-Р1Р3…». Реализация сигнала определения пространственного положения, представленного чередованием периодов, позволяет повторно использовать уже существующие функциональные блоки в конструкции радиомаяка 1 и устройства 2 для определения пространственного положения.
Возможно использование других сигналов опознавания для выполнения той же функции, неудобством является только необходимость введения в радиомаяк новых функциональных блоков. Повторное использование сигнала Европейской нормы позволяет избежать введения новых электронных блоков, единственным вводимым элементом является программное обеспечение блока управления.
Таким образом, становится возможным передать сообщение о пространственном положении с помощью сигнала SC опознавания на радиомаяк, который содержит необходимые декодирующие средства этого сигнала SC.
Сообщение об определении пространственного положения состоит из заголовка, который информирует радиомаяк о том, что ему будет послано сообщение, и собственно сообщения. Это сообщение является инструкцией перехода к режиму «молчания» или к режиму «передачи».
Заголовок и сообщение представляют собой заранее заданную последовательность битов. Например, если сообщение состоит из пятнадцати битов, пять битов предусматриваются для заголовка и десять битов резервируются для сообщения.
Например, заголовок может быть определен как «10010», сообщение о режиме «молчания» может быть определено как «1110001111», а сообщение о режиме «передачи» может быть определено как «1010100010». Сигнал опознавания SC будет, таким образом, промодулирован по амплитуде так, что будет представлять все пятнадцать бит «100101110001111», указывающих радиомаяку о переходе в режим «молчания», и «100101010100010», указывающих радиомаяку о переходе в режим «передачи».
Способ определения пространственного положения заключается в следующем.
Устройство 2 для определения пространственного положения размещается на пути 4 либо вручную, либо путем установки на борт транспортного средства 3′. Устройство 2 передает на каждый радиомаяк 1 сигнал SC опознавания, модулированный по амплитуде и содержащий сообщение МС об определении пространственного положения. Сигнал SC опознавания принимается антенной 12 радиомаяка 1. Антенна 12 передает сигнал SC на средства передачи, которые его демодулируют, преобразуют в пакет и направляют в устройство 18 управления.
Средство 18 управления измеряет периоды серии сигналов с малой амплитудой и определяет, идет ли речь о битах «1» или о битах «0». Сигнальные сообщения МС преобразуются и сравниваются с ранее зарегистрированными типовыми сообщениями в средстве 18 управления. Если сообщения МС об определении являются «молчание» или «передача», средство 18 управления записывает сообщение МС в память 20 определения пространственного положения.
Когда транспортное средство 3, перемещающееся по пути 4, приближается к радиомаяку 1, бортовое коммуникационное устройство 5 посылает активирующий сигнал S1. Этот сигнал S1 принимается антенной 12 и направляется через средства 14 передачи на средство 18.
Средство 18 управления осуществляет поиск в памяти 20 пространственного положения состояния радиомаяка 1. Для этого средство 18 управления сравнивает сообщение МС, содержащееся в памяти 20, с двумя сообщениями, соответствующими состояниям «молчание» или «передача», записанными в памяти средства 18 управления.
Когда радиомаяк 1 находится в состоянии «молчание», каким бы ни был активирующий сигнал S1, передаваемый бортовым коммуникационным устройством 5, средство управления 18 запрещает средству передачи 14 передавать сигнальные сообщения S2 на транспортное средство 3.
Когда радиомаяк 1 находится в состоянии «передача», средство управления 18 разрешает средству 14 передачи передать сигнальное сообщение S2 на транспортное средство 3, в случае, когда активирующий сигнал S1 является типа «Eurobalise».
Таким образом, когда сообщение МС об определении, находящееся в памяти 20, соответствует состоянию «передача» и активирующий сигнал S1 является типа «Eurobalise», средство 18 управления рекуперирует сигнальное сообщение М, содержащееся во второй памяти 22, или получает его из модуля 24 рекуперации. Это сообщение М поступает далее на средство 14 передачи, затем в антенну 12, которая передает бортовому коммуникационному устройству 5 сигнал S2 сигнализации, закодированный в соответствии с нормой «Eurobalise» и содержащий сигнальное сообщение М.
Структура радиомаяка 1 адаптирована к приему второго сообщения о пространственном положении МС′.
Чтобы изменить состояние радиомаяка 1, устройство 2 для определения пространственного положения передает второй сигнал SC′ опознавания, содержащий второе сообщение МС′ о пространственном положении, принимаемое средством 18 управления через антенну 12.
Средство 18 управления при приеме сообщений МС′ записывает в память 20 новое пространственное положение, содержащееся в сообщении о пространственном положении МС′, в то место, где хранится сообщение о пространственном положении, обрабатывая второй сигнал определения пространственного положения SC′ таким же образом, как и первый сигнал определения пространственного положения SC.
Как вариант, радиомаяк настраивается в месте его изготовления перед установкой на место вдоль пути. Устройство 2 определения пространственного положения устанавливается операторами.
Как вариант, устройство 2 определения пространственного положения может соединяться с радиомаяком 1 проводной связью.