ПРИЁМНИК АВТОМАТИЧЕСКОЙ ЛОКОМОТИВНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ

Полезная модель относится к железнодорожной автоматике и может быть использована в устройствах автоматической локомотивной сигнализации.
Известен корреляционный приёмник сигналов автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа (АЛСН) с квадратурными каналами, содержащий опорный генератор, пороговое решающее устройство и квадратурный коррелятор, последний содержит два перемножителя, два фильтра нижних частот, два блока возведения в квадрат, сумматор и блок вычисления квадратного корня, причём входом приёмника является первый вход квадратурного коррелятора, с которым соединены первые входы первого и второго перемножителей, вторые входы которых через второй и третий входы квадратурного коррелятора соединены со вторым и первым выходами опорного генератора соответственно, выходы первого и второго перемножителей соединены с входами первого и второго фильтров нижних частот, выходы которых соединены соответственно с входами первого и второго блоков возведения в квадрат, выходы которых соединены с первым и вторым входами сумматора соответственно, выход сумматора соединён с входом блока вычисления квадратного корня, выход последнего через выход квадратурного коррелятора соединён с входом порогового решающего устройства [Юсупов Р.Р., Хохрин А.С. Корреляционный приемник с квадратурными каналами для автоматической локомотивной сигнализации непрерывного типа АЛСН [Текст] / Транспорт Урала. Науч.-техн. журнал. № 3 (74). – Екатеринбург: УрГУПС, 2022. – С. 49-54.].
Недостатком данного приёмника является низкая помехоустойчивость при воздействии существенно негауссовых (импульсных, гармонических) помех.
7
Известно приёмное устройство автоматической локомотивной сигнализации, содержащее установленные на локомотиве связанные с рельсами индуктивные катушки, аналого-цифровой преобразователь, цифровой нерекурсивный широкополосный фильтр, управляемый двусторонний симметричный амплитудный ограничитель, цифровой нерекурсивный полосовой фильтр, линейный амплитудный детектор, вычитающее устройство, децимирующее устройство, два буфера, блок определения минимума, блок определения максимума, два интерполирующих устройства, решающее устройство, причём выход аналого-цифрового преобразователя соединён с входом цифрового нерекурсивного широкополосного фильтра, выход которого соединен с первым входом управляемого амплитудного ограничителя, а выход амплитудного ограничителя соединен с входом цифрового нерекурсивного полосового фильтра, выход которого соединен с входом линейного амплитудного детектора, выход детектора соединен с первым входом вычитающего устройства и с входом децимирующего устройства, выход которого связан с входами первого и второго буферов, выходы буферов соединены с входами блока определения минимума и блока определения максимума соответственно, выходы блока определения минимума и блока определения максимума связаны с входами первого и второго интерполирующих устройств соответственно, выход первого интерполирующего устройства соединен со вторым входом вычитающего устройства, а выход второго интерполирующего устройства соединен со вторым входом управляемого амплитудного ограничителя [Приёмное устройство автоматической локомотивной сигнализации. Пат. 33921 Рос. Федерация: МПК В 61 L 25/06; заявитель и патентообладатель Самарская гос. акад. путей сообщения. – № 2003123230/20; заявл. 22.07.2003; опубл. 20.11.2003, Бюл. № 32. Юсупов Р.Р., Леушин В.Б., Блачев К.Э., Зорин В.И.].
Недостатком данного устройства является более низкая у применённого в нём амплитудного ограничителя по сравнению со схемой бланкирования эффективность подавления импульсных помех в интервалах амплитудно-манипулированного кодового сигнала АЛСН, что выражается в более высокой вероятности появления ложных логических импульсов на выходе приёмного устройства, переключения локомотивного светофора на более разрешающее, чем это допустимо по условиям безопасности движения поездов, сигнальное показание и, как следствие, снижения уровня безопасности движения поездов.
Известно приёмное устройство автоматической локомотивной сигнализации, содержащее установленные на локомотиве связанные индуктивно с рельсами приёмные катушки, аналого-цифровой преобразователь, цифровой нерекурсивный широкополосный фильтр, блок бланкирования, цифровой нерекурсивный полосовой фильтр, линейный амплитудный детектор, децимирующее устройство, буфер, блок определения максимума, интерполирующее устройство, блок расчета границы зоны нечувствительности, блок с зоной нечувствительности, решающее устройство, блок расчёта абсолютного значения сигнала, блок сравнения, блок ограничения снизу, первый ключ, второй ключ, таймер задержки и блок обнаружения искажения сигнала АЛС, причём приёмные катушки соединены с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединён с входом цифрового нерекурсивного широкополосного фильтра, выход которого соединён через первый вход блока бланкирования с входом блока расчёта абсолютного значения сигнала, со вторыми входами первого ключа и второго ключа соответственно, выход блока расчёта абсолютного значения сигнала соединен с первым входом блока сравнения, второй вход которого соединён с выходом блока ограничения снизу, вход которого через второй вход блока бланкирования соединён с выходом интерполирующего устройства, выход блока сравнения соединён с первым входом первого ключа и входом блока обнаружения искажения сигнала АЛС, выход которого соединён с входом таймера задержки, выход первого ключа соединен с первым входом второго ключа, третий вход которого соединён с таймером задержки, выход второго ключа соединён с входом цифрового нерекурсивного полосового фильтра, выход которого соединён с входом линейного амплитудного детектора, выход которого соединён с входом децимирующего устройства, вторым входом блока расчёта границы зоны нечувствительности и вторым входом блока с зоной нечувствительности, выход децимирующего устройства соединён с входом буфера, выход которого соединен с входом блока определения максимума, выход соединён с входом интерполирующего устройства, выход которого соединён с входом блока ограничения снизу и с первым входом блока расчета границы зоны нечувствительности, выход последнего соединён с первым входом блока с зоной нечувствительности, выход которого соединён с входом решающего устройства (Приёмное устройство автоматической локомотивной сигнализации. Пат. 165420 Рос. Федерация: МПК В61L 23/00; заявитель и патентообладатель Самарский гос. ун-т путей сообщения. – № 2015155567/11; заявл. 23.12.2015; опубл. 20.10.2016, Бюл. № 29. Юсупов Р.Р., Леушин В.Б., Блачев К.Э.).
Недостатком данного устройства является изменение длительности логических импульсов кодового сигнала АЛСН на выходе приёмного устройства при воздействии помех, возникающее вследствие инерционности блока обнаружения искажения сигнала, и затрудняющее правильное декодирование кодовых комбинаций АЛСН, что может привести к сбоям в работе системы АЛСН, и, как следствие - к снижению уровня безопасности движения поездов.
Данное техническое решение выбрано авторами в качестве прототипа.
Техническим результатом, на достижение которого направлено создание полезной модели, является повышение достоверности приёма сигнала АЛСН за счёт применения корреляционного приёма, более помехоустойчивого, чем амплитудное детектирование, и уменьшения изменения длительности логических импульсов кодового сигнала АЛСН на выходе приёмника.
Технический результат достигается тем, что в приёмник автоматической локомотивной сигнализации, содержащий установленные на локомотиве связанные индуктивно с рельсами приёмные катушки, аналого-цифровой преобразователь, цифровой нерекурсивный широкополосный фильтр, блок бланкирования, цифровой нерекурсивный полосовой фильтр, децимирующее устройство, буфер, блок определения максимума, интерполирующее устройство, блок расчёта границы зоны нечувствительности, блок зоны нечувствительности, решающее устройство, причём приёмные катушки соединены с входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого соединён с входом цифрового нерекурсивного широкополосного фильтра, выход которого соединён с первым входом блока бланкирования, выход децимирующего устройства связан с входом буфера, выход которого соединен с входом блока определения максимума, выход блока определения максимума связан с входом интерполирующего устройства, выход интерполирующего устройства соединён со вторым входом блока бланкирования и первым входом блока расчёта границы зоны нечувствительности, выход последнего соединен с первым входом блока с зоной нечувствительности, выход которого соединён с входом решающего устройства, дополнительно введены управляемый двусторонний симметричный амплитудный ограничитель, управляемый коммутатор, опорный генератор, квадратурный коррелятор и блок временнóй задержки сигнала, причём первый вход управляемого двустороннего симметричного амплитудного ограничителя соединён с выходом цифрового нерекурсивного широкополосного фильтра и первым входом блока бланкирования, а второй вход управляемого двустороннего симметричного амплитудного ограничителя соединён с выходом интерполирующего устройства и первым входом блока расчёта границы зоны нечувствительности, выход управляемого двустороннего симметричного амплитудного ограничителя соединён с первым входом управляемого коммутатора, третий вход которого подключен к выходу блока бланкирования, а второй вход соединён с выходом блока временнóй задержки сигнала, вход которого подключен к выходу решающего устройства, выход управляемого коммутатора соединён с входом цифрового нерекурсивного полосового фильтра, выход последнего соединён с третьим входом квадратурного коррелятора, первый и второй входы которого подключены к первому и второму выходам опорного генератора соответственно, а выход квадратурного коррелятора соединён со вторым входом блока расчёта границы зоны нечувствительности, вторым входом блока с зоной нечувствительности и входом децимирующего устройства.
На фиг. 1 представлена функциональная схема приёмника.
Приёмник автоматической локомотивной сигнализации содержит установленные на локомотиве связанные индуктивно с рельсами приёмные катушки 1, аналого-цифровой преобразователь 2, цифровой нерекурсивный широкополосный фильтр 3, управляемый двусторонний симметричный амплитудный ограничитель 4, блок бланкирования 5, управляемый коммутатор 6, цифровой нерекурсивный полосовой фильтр 7, опорный генератор 8, квадратурный детектор 9, децимирующее устройство 10, буфер 11, блок определения максимума 12, интерполирующее устройство 13, блок расчета границы зоны нечувствительности 14, блок зоны нечувствительности 15, решающее устройство 16 и блок временнóй задержки сигнала 17.
Введение дополнительных блоков позволит повысить достоверность приема сигнала АЛСН за счёт применения корреляционного приёма, более помехоустойчивого, чем амплитудное детектирование, и уменьшения изменения длительности логических импульсов кодового сигнала АЛСН на выходе приёмника.
Приёмник работает следующим образом.
В приёмных катушках 1 наводится ЭДС полезного сигнала АЛСН, гармонических помех и импульсных помех, действующих в индуктивно-рельсовой линии.
Смесь сигнала АЛСН и помех с выхода приёмных катушек 1 поступает на аналого-цифровой преобразователь 2, с выхода которого в цифровом виде подается на вход цифрового нерекурсивного широкополосного фильтра 3. С выхода широкополосного фильтра 3 смесь сигнала и помех, в котором подавлены низкочастотные и высокочастотные составляющие помех, поступает на первые входы управляемого двустороннего симметричного амплитудного ограничителя 4 и блока бланкирования 5. В амплитудном ограничителе 4 смесь сигнала и помех ограничивается по амплитуде при превышении порога амплитудного ограничения (также являющегося порогом бланкирования), формируемого интерполирующим устройством 13, а в блоке бланкирования осуществляется полное подавление сигнала и помех при превышении порога бланкирования.
С выходов амплитудного ограничителя 4 и блока бланкирования 5 сигналы подаются на первый и третий входы управляемого коммутатора 6 соответственно, а на второй вход коммутатора подаётся управляющий сигнал с выхода блока временнóй задержки сигнала 17, представляющий собой задержанные на определённое время логические импульсы и интервалы с выхода решающего устройства 16, (т.е. с выхода приёмника). Значение временнóй задержки в блоке 17 задается таким, чтобы начало логического импульса управляющего сигнала совпадало по времени с началом импульса кодового сигнала АЛСН, поступающего на первый и третий входы управляемого коммутатора 6 с выходов амплитудного ограничителя 4 и блока бланкирования 5 соответственно. При появлении управляющего логического импульса на втором входе коммутатора 6 с его выходом коммутируется верхний вход, а при появлении управляющего логического интервала – нижний вход. Таким образом, в импульсах кодового сигнала АЛСН при наличии импульсных помех, превышающих порог амплитудного ограничения, будет осуществляться их амплитудное ограничение, дающее меньшее изменение длительности импульсов кодового сигнала, чем бланкирование. В интервалах же кодового сигнала АЛСН при наличии импульсных помех, превышающих порог бланкирования, будет осуществляться их полное подавление (бланкирование), более эффективное, чем амплитудное ограничение.
С выхода управляемого коммутатора 6 сигнал подаётся на вход цифрового нерекурсивного полосового фильтра 7, с выхода которого на третий вход квадратурного коррелятора 7 поступает сигнал, в котором подавлены составляющие вне рабочего диапазона частот полезного сигнала. На первый и второй входы квадратурного коррелятора 9 с первого и второго выходов соответственно опорного генератора 8 поступают два гармонических колебания с частотами, равными частоте несущей сигнала АЛСН, и начальными фазами, отличающимися друг от друга на 90 градусов. С выхода квадратурного коррелятора 9 выделенная им огибающая сигнала АЛСН, которая является искаженной вследствие влияния гармонических помех, действующих в рабочем диапазоне частот сигнала АЛСН, поступает на второй вход блока расчета границы зоны нечувствительности 14 и вход децимирующего устройства 10.
С выхода децимирующего устройства 10 огибающая сигнала со сниженной частотой дискретизации поступает на вход буфера 11. Первоначально содержимое всех ячеек буфера 11 равно нулю. На каждом такте огибающей сигнала происходит обновление данных в буфере 11 путем удаления отсчета из первой ячейки, сдвига оставшихся отсчетов на одну ячейку вниз и внесения в освободившуюся ячейку нового поступившего из децимирующего устройства 10 отсчёта огибающей сигнала. В блоке определения максимума 12 определяется максимальное значение огибающей сигнала и подаётся на вход интерполирующего устройства 13. С выхода интерполирующего устройства 13 максимальные значения огибающей сигнала с увеличенной частотой дискретизации, в соответствии с которыми определяется величина порога амплитудного ограничения и бланкирования, подаются на вторые входы амплитудного ограничителя 4 и блока бланкирования 5, а также на первый вход блока расчёта границы зоны нечувствительности 14.
На выходе блока расчёта границы зоны нечувствительности 14 формируется сигнал, соответствующий текущему значению границы зоны нечувствительности, поступающий далее на первый вход блока с зоной нечувствительности 15. На второй вход блока с зоной нечувствительности 15 поступает огибающая сигнала с выхода квадратурного коррелятора 9 и, в соответствии с текущим значением границы зоны нечувствительности, осуществляется коррекция огибающей с целью снижения влияния гармонических помех. С выхода блока с зоной нечувствительности 15 скорректированная огибающая поступает на вход решающего устройства 16, принимающего решение о наличии или отсутствии полезного сигнала. На выходе решающего устройства формируются логические импульсы и интервалы принимаемой кодовой комбинации АЛСН.
На фиг. 2 представлены осциллограммы прохождения сигналов в приёмнике, поясняющие работу его функциональных блоков.
На первой сверху вниз осциллограмме показан сигнал на входе широкополосного фильтра 3. Сигнал представляет собой смесь амплитудно-манипулированного кодового сигнала АЛСН (циклически повторяющейся с периодом 1,6 с кодовой комбинации «З», состоящей из трёх импульсов гармонической несущей и трёх интервалов), флуктуационной и импульсной помехи. Импульсной помехой поражены второй импульс и третий (длинный) интервал кодового сигнала АЛСН.
На второй сверху вниз осциллограмме показан сигнал на выходе широкополосного фильтра 3. Видно, что фильтр значительно подавил флуктуационную помеху и незначительно подавил импульсную помеху, сохранив ее импульсный характер. При этом произошло некоторое «размытие» (увеличение по длительности и уменьшение по амплитуде) импульсов помехи.
На третьей сверху вниз осциллограмме показан сигнал на выходе двухстороннего симметричного амплитудного ограничителя 4. Видно, что и в импульсе, и в интервале сигнала АЛСН осуществлено ограничение импульсной помехи по амплитуде на уровне порога ограничения, незначительно превышающем амплитуду сигнала АЛСН.
На четвёртой сверху вниз осциллограмме показан сигнал на выходе блока бланкирования 5. Видно, что и в импульсе, и в интервале сигнала АЛСН осуществлено полное подавление по амплитуде (бланкирование) как импульсной помехи, так и сигнала АЛСН на уровне порога бланкирования, незначительно превышающем амплитуду сигнала АЛСН.
На пятой сверху вниз осциллограмме показан сигнал на выходе управляемого коммутатора 6. Видно, что в импульсе сигнала АЛСН коммутатор пропустил на свой выход сигнал с выхода амплитудного ограничителя 4, а в интервале сигнала АЛСН – пропустил на свой выход сигнал с выхода блока бланкирования 5. Тем самым обеспечивается меньшее искажение импульса кодового сигнала АЛСН при наличии импульса помехи и большее подавление импульса помехи в интервале кодового сигнала АЛСН.
На шестой сверху вниз осциллограмме показан сигнал на выходе полосового фильтра 7. Видно, что амплитудное ограничение импульса помехи привело к незначительному искажению импульса кодового сигнала АЛСН на выходе полосового фильтра, а бланкирование импульса помехи в интервале кодового сигнала АЛСН привело к практически полному подавлению импульса помехи. В результате такого подавления импульсной помехи искажение огибающей кодового сигнала АЛСН на выходе квадратурного коррелятора (седьмая осциллограмма сверху вниз) является незначительным и не приводит к возникновению ошибок в приёмнике (последняя осциллограмма сверху вниз – сигнал на выходе решающего устройства 16).
Проведённый заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации и выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявляемой полезной модели, позволили установить, что заявитель не обнаружил аналог, характеризующийся признаками, тождественными (идентичными) всем существенным признакам заявляемой полезной модели.
Определение из перечня аналогов прототипа позволило выявить совокупность существенных по отношению к усматриваемому техническому результату отличительных признаков в заявляемой полезной модели, изложенных в формуле полезной модели.
Следовательно, заявляемая полезная модель «Приёмник автоматической локомотивной сигнализации» соответствует критерию «новизна».
Критерий полезной модели «промышленная применимость» подтверждается тем, что заявляемый «Приёмник автоматической локомотивной сигнализации» может быть успешно использован в устройствах автоматической локомотивной сигнализации.
Использование полезной модели позволит повысить помехоустойчивость автоматической локомотивной сигнализации АЛСН, что уменьшит количество сбоев в её работе. Это позволит уменьшить количество вынужденных выключений системы АЛСН и количество необоснованных проверок бдительности машиниста (т. е. уменьшить психофизиологическую нагрузку на машиниста), что, в свою очередь, повысит безопасность движения поездов.