УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОГРАЖДЕНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПЕРЕЕЗДА
DEVICE TO GUARD RAILWAY CROSSING

Предлагаемое устройство относится к устройствам железнодорожной автоматики, предназначенным для повышения безопасности поездной и маневровой работы в районе железнодорожных переездов, обслуживаемых дежурным по переезду (дежурным работником).
Известны ограждающие устройства на железнодорожных переездах (авт.свид. СССР №№698821, 1342796, 1386509, 1592206, 1787849, 1796521, 1801849; патенты РФ №№2137644, 2137645, 2169678; патент США №3977634; патент Великобритании №1301920; патент Германии №1455410; Савушкин А.К., Жуков В.И. Перегонные устройства железнодорожной автоматики и телемеханики. М.: Транспорт, 1984, с.271-274; Системы железнодорожной автоматики и телемеханики. Под ред. Ю.А.Кравцова. - М.: Транспорт, 1996, с.181-192 и другие).
Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является «Устройство для ограждения железнодорожного переезда» (патент РФ №2137645, В61L 29/22, 1998), которое и выбрано в качестве прототипа.
В состав данного устройства входят блоки включения автоматической, светофорной сигнализации и автоматического шлагбаума, блоки включения соответствующего генератора кодовых сигналов рельсовой цепи участка приближения к переезду, требующих остановки поезда, блоки включения заградительного светофора, опломбированная кнопка аварийной сигнализации и аварийного ограждения железнодорожных путей, средство автоматического формирования аварийного сообщения, средства телефонной, и радиосвязи для передачи сообщений дежурному по станции и машинистам приближающихся к переезду поездов. Устройство приводится в действие одной единственной кнопкой, защищенной от случайных включений, и обеспечивает одновременное приведение в действие переездной и заградительной сигнализации, закрытие шлагбаумов, передачу на поезда кодовых сигналов, требующих их остановки, включения акустической и световой аварийной сигнализации на переезде и передачу аварийной информации о происходящем на переезде всем причастным работникам.
Технической задачей изобретения является повышение безопасности поездной и маневровой работы в районе железнодорожных переездов путем установления дуплексной радиосвязи между дежурным по переезду и машинистами приближающихся к переезду поездов с использованием двух частот и сложных сигналов с фазовой манипуляцией и с комбинированной фазовой манипуляции и амплитудной модуляцией.
г1
г2
пр2
Поставленная задача решается тем, что устройство для ограждения железнодорожного переезда, содержащее, в соответствии c ближайшим аналогом, установленные по одну сторону от железнодорожного полотна блок включения автоматической светофорной сигнализации и автоматического шлагбаума, блок включения соответствующего генератора кодовых сигналов рельсовой цепи участка приближения к переезду, требующих остановки поезда, и блок включения заградительного светофора, аналогичные блоки, установленные по другую сторону от железнодорожного полотна, опломбированную кнопку аварийной сигнализации и аварийного ограждения железнодорожных путей, с контактом которой связаны входы упомянутых блоков, средства телефонной и радиосвязи для передачи сообщений дежурному по станции и машинистам приближающихся к переезду поездов, блок включения установленных на крыше помещения дежурного по переезду сирены акустического сигнала общей тревоги и милицейского проблескового маячка, средство автоматического формирования аварийного сообщения, связанное со средствами телефонной связи и радиосвязи, при этом вход блока включения установленных на крыше помещения дежурного по переезду сирены акустического сигнала общей тревоги и милицейского проблескового маячка и вход средства автоматического формирования аварийного сообщения связаны с контактом опломбированной кнопки аварийной сигнализации и аварийного ограждения железнодорожных путей, средство автоматического формирования аварийного сообщения включает в себя синтезатор речи, отличается от ближайшего аналога тем, что оно снабжено у дежурного по переезду последовательно включенными задающим генератором, фазовым манипулятором, второй вход которого соединен с выходом генератора модулирующего кода, амплитудным модулятором, второй вход которого соединен с выходом синтезатора речи, первым смесителем, второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина, усилителем первой промежуточной частоты, первым усилителем мощности, дуплексером, вход-выход которого связан с приемо-передающей антенной, вторым усилителем мощности, вторым смесителем, второй вход которого соединен с первым выходом второго гетеродина, усилителем второй промежуточной частоты, перемножителем, второй вход которого соединен с вторым выходом первого гетеродина, полосовым фильтром, фазовым детектором, второй вход которого соединен с вторым выходом второго гетеродина, и блоком регистрации, у машинистов приближающихся к переезду поездов последовательно включенными задающим генератором, фазовым манипулятором, второй вход которого соединен с формирователем модулирующего кода, первым смесителем, второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина, усилителем третьей промежуточной частоты, первым усилителем мощности, дуплексером, вход-выход которого связан с приемо-передающей антенной, вторым усилителем мощности, вторым смесителем, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, усилителем второй промежуточной частоты, амплитудным ограничителем, синхронным детектором, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, и звуковым сигнализатором, последовательно подключенными к выходу амплитудного ограничителя перемножителем, второй вход которого соединен с вторым выходом первого гетеродина, полосовым фильтром, фазовым детектором, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, и блоком сравнения кодов, второй вход которого соединен с выходом блока памяти, а выход подключен к входу формирователя модулирующего кода, причем частоты ω и ω гетеродинов разнесены на значение второй промежуточной частоты ω
г2
г1
пр2
ω-ω=ω,
1
г2
пр1
пр1
2
г1
пр3
ωпр3
2
1
антенна дежурного по переезду излучает сигналы с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией на частоте ω=ωω, где ω - первая промежуточная частота, а принимает сигналы с фазовой манипуляцией на частоте ω=ω=ω где  - третья промежуточная частота, а антенна машинистов приближающих к переезду поездов, наоборот, излучает сигналы с фазовой манипуляцией на частоте ω, а принимает сигналы с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией на частоте ω.
Структурная схема предлагаемого устройства представлена на фиг.1. Структурная схема аппаратуры, установленной у дежурного по переезду, представлена на фиг.2. Структурная схема аппаратуры, установленной на приближающихся к переезду поездах, представлена на фиг.3. Частотная диаграмма, поясняющая преобразование сигналов по частоте, изображена на фиг.4.
Устройство содержит опломбированную кнопку 1 аварийной сигнализации и аварийного ограждения железнодорожных путей, установленные по одну сторону от железнодорожного полотна блок 2.1 включения автоматической светофорной сигнализации и автоматического шлагбаума, блок 3.1 включения соответствующего генератора кодовых сигналов рельсовой цепи участка приближения к переезду, требующих остановки поезда, и блок 4.1 включения заградительного светофора, аналогичные блоки 2.2, 3.2 и 4.2, установленные по другую сторону от железнодорожного полотна, средство 5 автоматического формирования аварийного сообщения, связанное со средствами телефонной и радиосвязи, при этом входы упомянутых блоков 2.1-4.2 и средства 5 автоматического формирования аварийного сообщения объединены и связаны с контактом опломбированной кнопки 1 аварийной сигнализации и аварийного ограждения железнодорожных путей.
Аппаратура, установленная на железнодорожном переезде, содержит последовательно включенные задающий генератор 6, фазовый манипулятор 7, второй вход которого соединен с выходом генератора 5.1 модулирующего кода, амплитудный модулятор 8, второй вход которого соединен с выходом синтезатора речи 5.2, первый смеситель 10, второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина 9, усилитель 11 первой промежуточной частоты, первый усилитель 12 мощности, дуплексер 13, вход-выход которого соединен с приемо-передающей антенной 14, второй усилитель 15 мощности, второй смеситель 17, второй вход которого соединен с первым выходом второго гетеродина 16, усилитель 18 второй промежуточной частоты, перемножитель 19, второй вход которого соединен с вторым выходом первого гетеродина 9, полосовой фильтр 20, фазовый детектор 21, второй вход которого соединен с вторым выходом второго гетеродина 16, и блок 22 регистрации. Генератор 5.1 модулирующего кода и синтезатор 5.2 речи образуют средство 5 автоматического формирования аварийного сообщения.
Аппаратура, установленная на приближающихся к переезду поездах, содержит последовательно включенные задающий генератор 23, фазовый манипулятор 25, второй вход которого соединен с выходом формирователя 24 модулирующего кода, первый смеситель 27, второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина 26, усилитель 28 третьей промежуточной частоты, первый усилитель 29 мощности, дуплексер 30, вход-выход которого связан с приемо-передающей антенной 31, второй усилитель 32 мощности, второй смеситель 34, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 33, усилитель 35 второй промежуточной частоты, амплитудный ограничитель 36, синхронный детектор 37, второй вход которого соединен с выходом усилителя 35 второй промежуточной частоты, и звуковой сигнализатор 38, последовательно подключенные к выходу амплитудного ограничителя 36 перемножитель 39, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 26, полосовой фильтр 40, фазовый детектор 41, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 33, и блок 43 сравнения кодов, второй вход которого соединен с выходом блока 42 памяти, а выход подключен к входу формирователя 24 модулирующего кода.
Устройство работает следующим образом.
При нормальной эксплуатации переезда, т.е. при отсутствии на нем препятствий, кнопка 1 опломбирована, ее контакт разомкнут.Блоки 2.1-4.1 и средство 5 при этом обесточены и не оказывают никакого воздействия на штатный режим работы устройства сигнализации и ограждения на переезде. При вынужденной остановке автотранспортных средств на переезде или загромождении переезда грузом, т.е. при возникновении на переезде аварийной ситуации, дежурный по переезду срывает пломбу с кнопки 1, препятствующую ее самопроизвольному включению, и включает эту кнопку, что вызывает одновременное принудительное включение блоков 2.1-4.2 и средства 5. При этом светофорная сигнализация и шлагбаумы переводятся в запретное состояние; в рельсовые цепи участков приближения подаются кодовые сигналы, требующие остановки поезда перед переездом, и включаются заградительные светофоры; на крыше помещения дежурного по переезду включается сирена акустического сигнала общей тревоги и милицейский проблесковый маячок; дежурному по станции и машинистам приближающихся поездов по телефонной и радиосвязи начинает передаваться аварийное сообщение с возможным использованием, например, синтезаторов речи.
При этом задающим генератором 6 формируется высокочастотное колебание
c1
с1
с
c1
c1
U(t)=υ·Cos(ωt+φ), 0<t<T,
1
которое поступает на первый вход фазового манипулятора 7, на второй вход которого подается модулирующий код M(t) с выхода генератора 5.1 модулирующего кода. Каждый железнодорожный переезд имеет свой модулирующий код. На выходе фазового манипулятора 7 образуется фазоманипулированный (ФМн) сигнал
1
c1
c
k1
c1
c1
U(t)=υ·Cos[ωt+φ(t)+φ], 0tT,
э
э
где φk1(t)={0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M1(t), причем φk1(t)=const при k·τэ<t<(k+1)·τ и может изменяться скачком при t=k·τ, т.е. на границах между элементарными посылками (k=1,…, N);
э
τ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью
c1
c1
э
T (T=N·τ),
который поступает на первый вход амплитудного модулятора 8. На второй вход амплитудного модулятора 8 подается модулирующая функция m(t) с выхода синтезатора 5.2 речи. Модулирующая функция m(t) отражает тревожное сообщение, например, «Внимание, переезд закрыт!»
На выходе амплитудного модулятора 8 образуется сложный сигнал с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией (ФМн-AM)
2
c1
c
k1
c1
U(t)=υ[1+m(t)]·Cos[ωt+φ(t)+φ],
где m(t) - модулирующая функция амплитудной модуляции, отображающая тревожное сообщение, которое поступает на первый вход смесителя 10, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 9
гl
г1
г1
г1
U(t)=υ·Cos(ωt+φ).
На выходе смесителя 10 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 11 выделяется напряжение первой промежуточной (суммарной) частоты
пр1
пр1
пр1
к1
пр1
с1
U(t)=υ[1+m(t)]·Cos[ωt+φ(t)+φ], 0tT,
пр1
1
c1
г1
где υ=1/2K·υ·υ;
1
K - коэффициент передачи смесителя;
пр1
с
г1
ω=ω+ω - первая промежуточная (суммарная) частота;
пр1
с1
г1
φ=φ+φ,
1
пр1
г1
которое представляет собой сложный сигнал с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией (ФМн-AM). Данный сигнал после усиления в усилителе 12 мощности через дуплексер 13 поступает в приемо-передающую антенну 14 и излучается ею на частоте ω=ω в эфир, улавливается приемо-передающей антенной 31, установленной на приближающемся к переезду поезду, и через дуплексер 30 и усилитель 32 мощности поступает на первый вход смесителя 34, на второй вход которого подается напряжение U(t) гетеродина 33. На выходе с смесителя 34 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 35 выделяется напряжение второй промежуточной частоты
пр2
пр2
пр2
к1
пр2
c1
U(t)=υ[1+m(t)]·Cos[ωt+φ(t)+φ], 0tT,
пр2
1
пр1
г1
где υ=1/2K·υ·υ;
пр2
пр1
г1
ω=ω-ω - вторая промежуточная (разностная) частота;
пр2
пр1
г1
φ=φ-φ,
которое поступает на вход амплитудного ограничителя 36. На выходе последнего образуется ФМн-сигнал
3
0
пр2
k1
пр2
с1
U(t)=υ·Cos[ωt+φ(t)+φ], 0tT,
0
где υ - порог ограничения амплитудного ограничителя,
пр2
который подается на первый (опорный) вход синхронного детектора 37. На второй (информационный) вход синхронного детектора 37 поступает ФМн-АМ-сигнал U(t) с выхода усилителя 35 второй промежуточной частоты. На выходе синхронного детектора 37 образуется низкочастотное напряжение
н1
н1
U(t)=υ[1+m(t)],
н1
2
пр1
0
где υ=1/2K·υ·υ;
2
K - коэффициент передачи синхронного детектора,
которое поступает на вход звукового сигнализатора 38. Последний воспроизводит сигнал тревоги: «Внимание, переезд закрыт!», который заставляет машиниста принять соответствующие меры по остановке поезда.
3
Сигнал с фазовой манипуляцией U(t) с выхода амплитудного ограничителя 36 одновременно поступает на первый вход перемножителя 39, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 26
г2
г2
г2
г2
U(t)=υ·Cos(ωt+φ).
На выходе перемножителя образуется напряжение третьей промежуточной частоты
4
4
пр3
к1
г1
c1
U(t)=υ·Cos[ωt-φ(t)+φ], 0tT,
4
3
0
2
где υ=1/2K·υ·υ;
3
K - коэффициент передачи перемножителя;
пр3
г2
пр2
г1
ω=ω-ω=ω - третья промежуточная (разностная) частота,
г1
которое выделяется полосовым фильтром 40 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 41, на второй (опорный) вход которого подается напряжение U(t) гетеродина 33. На выходе фазового детектора 41 образуется низкочастотное напряжение
н2
н2
к1
U(t)=υ·Cosφ(t),
н2
4
4
г1
где υ=1/2K·υ·υ;
4
K - коэффициент передачи фазового детектора,
которое поступает на первый вход блока 43 сравнения кодов. На второй вход последнего подаются коды с выхода блока 42 памяти. В блоке 42 памяти записаны коды всех железнодорожных переездов, которые расположены на всем маршруте движения поезда. При равенстве кодов на выходе блока 43 сравнения кодов формируется постоянное напряжение, которое поступает на вход управления формирователя 24 модулирующего кода и запускает его. При этом задающим генератором 23 формируется высокочастотное колебание
с2
с2
c
c2
c2
U(t)=υ·Cos(ωt+φ), 0tT,
2
которое поступает на первый вход фазового манипулятора 25, на второй вход которого подается сформированный модулирующий код M(t) с выхода формирователя 24. На выходе фазового манипулятора 25 образуется ФМн-сигнал
5
c2
c
к2
с2
c2
U(t)=υ·Cos[ωt+φ(t)+φ], 0tT,
к2
2
где φ(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, соответствующая модулирующему коду M(t),
г2
который поступает на первый вход смесителя 27, на второй вход которого подается напряжение U(t) гетеродина 26. На выходе смесителя 27 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 28 выделяется напряжение третьей промежуточной частоты
пр3
пр3
пр3
к2
пр3
c2
U(t)=υ·Cos[ωt-φ(t)+φ], 0tT,
пр3
1
c2
г2
где υ=1/2 K·υ·υ;
пр3
г2
с
ω=ω-ω - третья промежуточная (разностная) частота;
пр3
с2
г2
φ=φ-φ,
2
пр3
г2
которое представляет собой ФМн-сигнал и после усиления в усилителе 29 мощности через дуплексер 30 поступает в приемо-передающую антенну 31 и излучается ею в эфир на частоте ω=ω, улавливается приемопередающей антенной 14, установленной на железнодорожном переезде, и через дуплексер 13 и усилитель 15 мощности поступает на первый вход смесителя 17, на второй вход которого подается напряжение U(t) гетеродина 16. На выходе смесителя 17 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 18 выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частоты
пр4
пр4
пр2
к2
пр4
с2
U(t)=υ·Cos[ωt+φ(t)+φ], 0tТ,
пр4
1
пр3
г2
где υ=1/2K·υ·υ;
пр2
г2
пр3
ω=ω-ω - вторая промежуточная (разностная) частота;
пр4
г2
пр3
φ=φ-φ,
г1
которое поступает на первый вход перемножителя 19, на второй вход которого подается напряжение U(t) гетеродина 9. На выходе перемножителя образуется напряжение
6
6
г2
k2
г2
c2
U(t)=υ·Cos[ωt+φ(t)+φ], 0tT,
6
3
пp4
г1
где υ=1/2K·υ·υ;
г2
пр2
г1
ω=ω+ω,
г2
которое выделяется полосовым фильтром 20 и подается на первый (информационный) вход фазового детектора 21, на второй (опорный) вход которого подается напряжение U(t) гетеродина 16. На выходе фазового детектора 21 образуется низкочастотное напряжение
н3
н3
к2
U(t)=υ·Cosφ(t),
н3
4
6
г2
где υ=1/2K·υ·υ,
2
которое фиксируется блоком 22 регистрации. Это напряжение пропорционально модулирующему коду M(t), который является идентификационным номером поезда, приближающего к железнодорожному переезду, и является подтверждением факта получения машинистом поезда тревожного сигнала.
Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение безопасности на железнодорожных переездах путем установления дуплексной радиосвязи между дежурным по переезду и машинистами приближающихся к переезду поездов с использованием двух частот и сложных сигналов с фазовой манипуляцией и с комбинированной фазовой манипуляцией, и амплитудной модуляцией.
Указанные сигналы открывают новые возможности в технике передачи тревожных сообщений. Они позволяют применять новый вид селекции - структурную селекцию.
Указанные сигналы обладают также высокой энергетической и структурной скрытностью.
Энергетическая скрытность данных сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени и по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого сложный сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами и помехами. Причем энергия сложного сигнала отнюдь не мала, она просто распределена по частотно-временной области так, что в каждой точке этой области мощность сигнала меньше мощности шумов и помех.
Структурная скрытность сложных сигналов обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку сложных сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемника.
Тем самым функциональные возможности устройства расширены.