Результат интеллектуальной деятельности: Стационарное устройство с фиксированным размещением для определения нахождения подвижного состава на ограниченном электрифицированном участке железнодорожного пути

Изобретение относится к транспортным системам, в частности к системам железнодорожной автоматики и телемеханики с полностью автоматическим управлением, и, более конкретно, к устройствам определения текущего местоположения подвижного состава.

Известен «Способ диагностирования рельсового пути и подвижного состава», патент РФ №2487809, основанный на радиолокационном принципе с использованием поверхностных электромагнитных волн, в котором реализовано устройство, содержащее регулируемый генератор электрических импульсов специальной формы, коммутатор, обеспечивающий поочередную трансляцию импульсов на каждую приемо-передающую антенну, синхронизатор для открытия входа усилителя приемника на определенный временной интервал, соответствующий времени прихода отраженного сигнала, блок памяти для введения и хранения параметров отраженных импульсов, соответствующих нормальному состоянию пути и нормальному состоянию вагонов. В устройство входит блок питания, обеспечивающий работу от стандартных бортовых источников питания, бортовой компьютер, обеспечивающий обработку полученной информации.

Недостатком данного способа и устройства является то, что используется импульсный метод радиолокации, для которого необходимо использовать несущую частоту около 300 МГц. Для сигналов таких частот рельсовый путь представляет собой волновод с многочисленными неоднородностями, образованными креплениями рельса на шпалы, самими шпалами и стыками, рассеивающими сигнал поверхностной волны. Кроме того, параметры рельса как волновода сильно зависят от подстилающей поверхности, что ограничивает применения данного способа для определения местоположения подвижного состава и снижает его эффективность. Использование сигналов более низких частот не позволяет достичь заявленных результатов.

Известна «Система передачи информации на пешеходные переходы и переезды о приближении подвижного состава», патент на полезную модель №137533 от 28.06.2013, содержащая генератор сигналов, вход которого соединен с одним из выходов модуля управления и связи, другой выход которого соединен с одним из входов антенного коммутатора, вход/выход которого соединен с входом/выходом антенной системы, модуль питания, выход которого соединен с одним из входов модуля управления и связи. Дополнительно введены приемный и передающий модули и модуль аналоговой обработки, выход которого соединен с одним из входов модуля управления и связи, вход и выход передающего модуля соединены, соответственно, с одним из выходов генератора сигналов и одним из входов антенного коммутатора, выход которого соединен с одним из входов приемного модуля, вход и выход которого соединены, соответственно, с одним из выходов генератора и входом модуля аналоговой обработки сигнала, выход которого соединен с одним из входов модуля управления и связи, при этом генератор сигналов выполнен с возможностью обеспечения прямого цифрового синтеза частоты и фазовой манипуляции, а антенная система установлена с возможностью взаимодействия с проводами контактной сети.

Система реализует радиолокационный способ определения расстояния до подвижного состава, в котором сигнал распространяется в волноводе, образованном рельсом и проводом контактной сети, и отражается от подвижного состава.

Недостатком данного способа является снижение точности и достоверности определения местоположения подвижного состава при установке системы вблизи станции с большим числом разветвлений пути по причине наличия многочисленных отражений сигнала, вызванных разветвлениями контактной сети. Еще один недостаток данного способа - недостаточная для использования на железнодорожном переезде надежность регистрации подвижного состава ввиду использования только одного физического принципа определения расстояния до подвижного состава - регистрация и анализ характеристик отраженного сигнала.

Вышеуказанный способ определения расстояния до подвижного состава и устройство, реализующее его, является наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу и устройству, поэтому выбрано в качестве прототипа.

Решаемой технической задачей является создание устройства определения местоположения подвижного состава на основе электромагнитного зондирования рельсового пути, работоспособного как на перегонах, так и на станциях, а также повышение надежности обнаружения подвижного состава.

Достигаемым техническим результатом является повышение надежности и достоверности определения местоположения подвижного состава.

Технический результат достигается следующим образом.

Электромагнитная волна формируется передающим устройством, антенна которого связана с волноводом, образованным рельсом и контактным проводом (или проводом ДПР или волноводом поездной радиосвязи). Сформированная электромагнитная волна распространяется в двух направлениях. На заданном расстоянии от передающего устройства устанавливается приемное устройство, антенна которого связана с волноводом, образованным рельсом и контактным проводом (или проводом ДПР, или волноводом поездной радиосвязи). Приемное устройство выполнено с возможностью приема прямого (без отражения) сигнала передающего устройства, сигнала, отраженного от подвижного состава, и информационного цифрового сигнала одновременно.

Сигнал, излученный передающим устройством, отражаясь от подвижного состава, движущегося в направлении передающего и приемного устройств, поступает на вход приемного устройства. Прямой сигнал передающего устройства также поступает на вход приемного устройства. По разности частот или фаз прямого и отраженного сигнала определяется расстояние до подвижного состава.

При подходе подвижного состава на расстояние менее длины волны из-за сильного отражения происходит увеличение мощности сигнала, распространяющегося в направлении приемного устройства. При проследовании подвижным сигналом антенны передающего устройства происходит уменьшение мощности сигнала, распространяющегося в направлении приемного устройства. Эти изменения мощности сигнала фиксируются приемным устройством и используются как сигнал подтверждения выхода подвижного состава на контролируемый участок.

При движении подвижного состава на участке между передающим и приемным устройствами происходит периодическое изменение мощности сигнала, связанное с изменением расстояния между подвижным составом и антеннами передающего и приемного устройств, в соотношении с длиной волны. По этим изменениям мощности сигнала определяются местоположение подвижного состава на контролируемом участке и его скорость. При прохождении подвижным составом антенны приемного устройства формируется сигнал подтверждения выхода подвижного состава с контролируемого участка. Дальнейшее сопровождение подвижного состава выполняется с использованием отраженного сигнала.

На чертеже представлена функциональная схема устройства, реализующего описанный способ определения местоположения подвижного состава.

Устройство для определения местоположения подвижного состава содержит передающее устройство, которое включает блок формирования сигналов 1, выход которого соединен с одним из входов задающего генератора 3.

Выходы источника питания 2 соединены, соответственно, с одним из входов задающего генератора 3, с одним из входов усилителя мощности 4, с одним из входов блока формирования сигналов 1.

Выходы усилителя мощности 4 соединены с антенной 5 и с шлейфом 14, имеющим электромагнитную связь с рельсом 7.

Приемное устройство содержит радиочастотный модуль, входы которого соединены с антенной 8, с шлейфом 15, имеющим электромагнитную связь рельсом 7, выходом гетеродина 10, одним из выходов модуля цифровой обработки сигнала 9.

Выход радиочастотного модуля 11 соединен с одним из входов модуля аналоговой обработки сигнала 13, выход которого соединен с одним из входов модуля цифровой обработки сигнала 9.

Один из выходов модуля цифровой обработки сигнала 9 соединен с одним из входов гетеродина 10, выход которого соединен с одним из входов радиочастотного модуля.

Выходы источника питания 12 соединены с одним из входов радиочастотного модуля, одним из входов гетеродина 10, одним из входов модуля цифровой обработки сигнала 9, одним из входов модуля аналоговой обработки сигнала 13.

Антенны 5, 8 связаны с проводом 6.

Устройство работает следующим образом.

Задающий генератор 3, управляемый с блока формирования зондирующего сигнала, формирует зондирующий сигнал и информационный сигнал, который усиливается усилителем мощности 4 и поступает в волновод, образованный проводом 6 и рельсом 7 через антенну 5.

Прямой сигнал передающего устройства, сигнал, отраженный от подвижного состава и информационный сигнал поступают на вход радиочастотного модуля 11 через антенну 5. На второй вход радиочастотного модуля подается сигнал с гетеродина 10, управляемого модулем цифровой обработки сигнала 9. Сигнал с выхода радиочастотного модуля 11 поступает на вход модуля аналоговой обработки сигнала 13, который приводит его к виду, необходимому для работы аналого-цифрового преобразователя модуля цифровой обработки сигнала 9. Модуль цифровой обработки сигнала 9 обеспечивает окончательную обработку принятого сигнала, расчет местоположения подвижного состава, формирование и выдачу управляющих сигналов на внешние устройства железнодорожной автоматики и телемеханики. Источник питания 2 обеспечивает необходимые напряжения питания для всех модулей передающего устройства. Источник питания 12 обеспечивает необходимые напряжения питания для всех модулей приемного устройства.