Приемное устройство автоматической локомотивной сигнализации с функцией восстановления полезного сигнала
AUTOMATIC LOCOMOTIVE SIGNALING RECEIVER WITH USEFUL SIGNAL RECOVERY FUNCTION

Заявляемое изобретение относится к смежным областям железнодорожной автоматики и телемеханики и локомотивного хозяйства. Изобретение обеспечивает повышение устойчивости функционирования автоматической локомотивной сигнализации непрерывного действия (АЛСН) в условиях действия электромагнитных помех большой интенсивности.
Система АЛСН служит для обеспечения условий безопасности движения поездов на перегонах и станциях при скоростях движения до 140 км/ч. Основными функциями АЛСН являются реализация повторительно-предупредительной локомотивной светофорной сигнализации в кабине машиниста; однократный и периодический контроль бдительности машиниста при движении в зоне сближения с препятствием; автоматический контроль скорости движения поезда в определенных точках пути в зоне сближения с препятствием; автоматическое экстренное торможение поезда, если нарушены условия контроля бдительности машиниста или скорость движения поезда [1].
Все функции АЛСН выполняются локомотивными устройствами, которые действуют на основании результатов дешифрации импульсных сигналов числового кода, поступающих на локомотив из напольных устройств автоблокировки или электрической централизации по рельсовым линиям [1].
Сигналы числового кода в процессе распространения по рельсовой линии искажаются под действием стационарных и случайных помех, что может привести к неправильной дешифрации, сбоям в работе локомотивных устройств АЛСН и к нарушениям требований безопасности движения.
Стационарные помехи образуются из нечетных гармоник обратного тягового тока и непрерывно действуют на электрифицированных переменным током участках железных дорог, на частотах кратных промышленной частоте 50 Гц. Случайные импульсные и квазинепрерывные помехи чаще всего возникают вследствие действия электромагнитных полей объектов инфраструктуры железных дорог и реже от электромагнитных полей искровых коммутационных или грозовых разрядов [2, 3].
Известно устройство приема сигналов автоматической локомотивной сигнализации (АЛС) [4], которое решает одну из частных задач - повышение помехоустойчивости приемного устройства автоматической локомотивной сигнализации при воздействии мощных стационарных помех переменного тягового тока за счет использования режекторного фильтра, настроенного на частоту 50 Гц.
Известно устройство подавления импульсных помех на входе локомотивного приемника АЛС [5]. Технический результат при внедрении данного устройства заключается в повышении эффективности подавления импульсных помех на входе локомотивного приемника АЛС, которое достигается за счет использования схемы адаптивного регулирования порога амплитудного ограничителя сигналов АЛС пропорционально колебаниям их уровня в рельсовой линии при движении локомотива.
Известно также приемное устройство автоматической локомотивной сигнализации [6]. Техническим результатом использования этого устройства является повышение помехоустойчивости приемника сигналов АЛС за счет бланкирования отдельных сигналов при обнаружении их искажения.
Известно устройство для распознавания кодового сигнала на фоне аддитивных помех [7]. Техническим результатом использования данного устройства является повышение помехоустойчивости приемника. Этого удается достичь за счет использования цифровой обработки сигнала с применением средств адаптивной фильтрации.
Представленные выше приемники позволяют повысить помехоустойчивость системы АЛС за счет подавления стационарных и случайных помех. Однако все эти устройства не обеспечивают эффективного подавления низкочастотных импульсных и квазинепрерывных помех, которые возникают по причинам действия магнитного поля объектов инфраструктуры в процессе движения поезда и действуют на частотах сигнала АЛС.
Известен однополосный цифровой фильтр для автоматической локомотивной сигнализации [8]. Технический результат при внедрении данного устройства заключается в повышении эффективности подавления стационарных и случайных помех на входе локомотивного приемника АЛСН за счет сужения полосы пропускания и реализации цифрового фильтра с бесконечной импульсной характеристикой (БИХ). Указанный локомотивный фильтр рассматривается как техническое решение-прототип.
Основным конструктивно-техническим недостатком выбранного прототипа является проблема самовозбуждения по цепи обратной связи БИХ-фильтра, что может привести к снижению его устойчивости и генерации собственных колебаний.
Задачей предлагаемого устройства является повышение устойчивости работы локомотивных устройств АЛСН при действии стационарных и случайных (в т.ч. низкочастотных импульсных и квазинепрерывных) помех большой интенсивности на электрифицированных переменным током участках железных дорог.
Технический результат достигается за счет формирования полезного сигнала на основании идентификации принятой кодовой посылки блоком принятия решения. Для этого применяются блоки расчета взаимнокорреляционной функции (ВКФ) между принятым из рельсовой линии сигналом АЛС в виде смеси сигнал/шум и заданными опорными эталонными сигналами числовых кодов КЖ, Ж и З. При превышении уровня взаимно-корреляционной функции над установленным порогом, в блоке принятия решения определяется тип принятой кодовой посылки и происходит формирование соответствующего эталонного сигнала числового кода, который подается на исполнительное реле локомотивных приборов безопасности для его усиления и дешифрации. Таким образом, исключаются искажения формо-временных параметров сигналов АЛС на этапе фильтрации и достигается повышение порогового значения отношения сигнал/шум.
Предложенное техническое решение поясняется фиг.1, на которой представлена структурная схема предлагаемого приемного устройства автоматической локомотивной сигнализации с функцией восстановления полезного сигнала переменного тока числового кода АЛСН. В состав разрабатываемого устройства входят фильтр низких частот 2, блок расчета ВКФ между сигналами y(t) и кода КЖ 3, блок расчета ВКФ между сигналами y(t) и кода Ж 4, блок расчета ВКФ между сигналами y(t) и кода З 5, а также блок принятия решения со встроенным формирователем эталонного сигнала числового кода 6.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. На вход устройства с приемных катушек 1 поступает смесь полезного сигнала АЛСН и аддитивных помех x(t). Смесь сигнал/шум x(t) проходит через фильтр низких частот 2, предназначенный для исключения действия высокочастотных помех на остальные каскады устройства. Далее отфильтрованный сигнал y(t) поступает одновременно на блоки расчета ВКФ 3, 4 и 5. Каждый из блоков проводит расчет ВКФ между сигналом y(t) и соответствующим опорным эталонным сигналом числовых кодов КЖ, Ж и З. На выходе блока 3 формируется сигнал ccf_kzh(t), на выходе блока 4 формируется сигнал ccf_zh(t) и на выходе блока 5 формируется сигнал ccf_z(t). Сигналы ccf_kzh(t), ccfjzh(t) и ccf_z(t) одновременно поступают на входы блока принятия решения 6, в котором по уровню ВКФ над установленным порогом, принимается решение о типе принятой кодовой посылки и формирование соответствующего эталонного сигнала числового кода. Далее сформированный сигнал АЛСН, который соответствует типу идентифицированного в блоке принятия решения, поступает на исполнительное реле локомотивных приборов безопасности для его усиления и дешифрации 7.
Таким образом, применение приемного устройства автоматической локомотивной сигнализации с функцией восстановления полезного сигнала обеспечивает повышение устойчивости работы локомотивных устройств АЛСН за счет корреляционной обработки принятой смеси сигнал/шум из рельсовой линии при действии стационарных и случайных помех большой интенсивности на электрифицированных переменным током участках железных дорог.
Список использованных источников
1.Венцевич Л.Е. Локомотивные устройства обеспечения безопасности движения поездов и расшифровка информационных данных их работы. - М.: Маршрут, 2006. - 328 с.
2. Шаманов В.И.: Электромагнитная совместимость систем железнодорожной автоматики и телемеханики: учеб. пособие. - М.: ФГБОУ «УМЦ на ЖДТ», 2013.-244 с.
3. Пультяков А.В. Системный анализ устойчивости работы систем автоматической локомотивной сигнализации / А.В. Пультяков, М.Э. Скоробогатов // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2018. Т.57, №1. С. 79-89.
4. Локомотивный приемник сигналов автоматической локомотивной сигнализации для участков с электротягой переменного тока: пат.94944 РФ: МПК B61L 25/06 / Шаманов В.И.; Заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО МГУПС (МИИТ). - №2009143604/22; Заявл. 26.11.2009; Опубл. 10.06.2010; Бюл. №16.
7
5. Устройство подавления импульсных помех на входе локомотивного приемника АЛС: пат. 2618616 РФ: МПК B61L 25/06 / Аргунов И.А., Вихрова Н.Ю., Розенберг Е.Н., Табунщиков А.К.; Заявитель и патентообладатель ОАО «НИИАС». - №2015154775; Заявл. 21.12.2015, Опубл. 04.05.2017; Бюл. №13.
7
6. Приемное устройство автоматической локомотивной сигнализации: пат. 165420 РФ: МПК B61L 23/00 / Леушин В.Б., Юсупов P.P., Блачев К.Э.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО СамГУПС. - №2015155567/11; Заявл. 23.12.2015; Опубл. 20.10.2016; Бюл. №29.
7
7. Устройство для распознавания кодового сигнала на фоне аддитивных помех: пат. 192635 РФ: МПК Н04В 1/10 / Григорашвили Ю.Е., Макаров Н.В., Покровский Р.В., Шунин Е.В.; Заявитель и патентообладатель ООО «РЖН». -№2019108216; Заявл. 21.03.2019; Опубл. 24.09.2019; Бюл. №27.
8. Однополосный цифровой фильтр для автоматической локомотивной сигнализации: пат.2727077 РФ: МПК7 B61L 25/06 / Скоробогатов М.Э., Пультяков А.В., Демьянов В.В.; Заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО ИрГУПС. - №2019114631; Заявл. 13.05.19; Опубл. 17.07.20; Бюл. №20.