Результат интеллектуальной деятельности: ДИСПЕТЧЕРСКАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ДВИЖЕНИЯ ГОРОДСКОГО ТРАНСПОРТА

Предлагаемая система относится к области общественного транспорта, в частности к средствам передачи информации для контроля движения городского транспорта, и может найти применение в автоматизированных системах управления транспортом города, в автотранспортных предприятиях, в электротранспортных парках.

Известны системы контроля движения городского транспорта (Авт. свид. СССР №№798951, 936006, 1541652; патенты РФ №№2022475, 2068630; полезные модели №№42899, 59503; Бортовой системный контроллер «Ока». Техническое описание, завод Электроприбор, г. Владимир, 2001 и другие).

Из известных систем наиболее близкой к предлагаемой является «Диспетчерская система контроля движения городского транспорта» (полезная модель №42899, G01S 13/91, 2004), которая и выбрана в качестве прототипа.

Технической задачей изобретения является повышение надежности контроля выполнения графика движения городского транспорта путем использования радиочастотных меток, двух частот и сложных сигналов с фазовой манипуляцией.

Поставленная задача решается тем, что диспетчерская система контроля движения городского транспорта, включающая, в соответствии с ближайшим аналогом, радиокомплекс, установленный на диспетчерском пункте, соединенный по интерфейсу с компьютером и по радиоканалу со средствами сбора информации о местонахождении транспортных средств, отличается от ближайшего аналога тем, что она снабжена радиочастотными метками, размещенными на остановках городского транспорта, при этом каждая радиочастотная метка выполнена в виде пьезокристалла с нанесенным на его поверхность тонкопленочным алюминиевым встречно-штыревым преобразователем, состоящим из двух гребенчатых систем электродов, соединенных между собой шинами, и набором отражателей, шины соединены с микрополосковой антенной, внутренняя структура встречно-штыревого преобразователя определяет номера маршрута и остановки городского транспорта, в качестве средств для сбора информации о местонахождении транспортных средств используют установленные на них радиокомплексы, каждый из которых состоит из последовательно включенных задающего генератора, первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, первого узкополосного фильтра, фазового манипулятора, первого смесителя, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, усилителя первой промежуточной частоты, усилителя мощности дуплексера, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, а вход-выход связан с приемопередающей антенной, первого усилителя высокой частоты, первого фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора и микроконтроллера, второй вход которого соединен с выходом генератора псевдослучайной последовательности, третий вход соединен с выходом таймера, а выход подключен к второму входу фазового манипулятора, последовательно подключенных к выходу дуплексера второго усилителя высокой частоты, второго смесителя, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, усилителя второй промежуточной частоты, второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, полосового фильтра, второго фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, и блока регистрации, радиокомплекс, установленный на диспетчерском пункте, выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора, фазового манипулятора, второй вход которого через интерфейс связан с компьютером, второго смесителя, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, усилителя третьей промежуточной частоты, усилителя мощности, дуплексера, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, усилителя высокой частоты, первого смесителя, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, усилителя второй промежуточной частоты, перемножителя, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, полосового фильтра и фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, а выход через интерфейс связан с компьютером.

Структурная схема радиокомплекса 1, установленного на транспортном средстве, представлена на фиг. 1. Функциональная схема радиочастотной метки изображена на фиг. 2. Структурная схема радиокомплекса 33, установленного на диспетчерском пункте, представлена на фиг. 3. Частотная диаграмма, иллюстрирующая использование различных частот, показана на фиг. 4.

Радиокомплекс 1, устанавливаемый на каждом транспортном средстве, содержит последовательно включенные задающий генератор 4, первый перемножитель 12, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 4, первый узкополосный фильтр 13, фазовый манипулятор 14, первый смеситель 16, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 15, усилитель 17 первой промежуточной частоты, усилитель мощности 18, дуплексер 5, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 4, а вход-выход связан с приемопередающей антенной 6, первый усилитель 7 высокой частоты, первый фазовый детектор 8, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 4, микроконтроллер 11, второй вход которого соединен с выходом генератора 9 псевдослучайной последовательности, третий вход соединен с выходом таймера 10, а выход подключен к второму входу фазового манипулятора 14. К выходу дуплексера 5 последовательно подключены второй усилитель 19 высокой частоты, второй смеситель 21, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 20, усилитель 22 второй промежуточной частоты, перемножитель 23, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 20, полосовой фильтр 24, второй фазовый детектор 25, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 15, и блок 26 регистрации. Задающий генератор 4, дуплексер 5, приемопередающая антенна 6, усилитель 7 высокой частоты, фазовый детектор 8, генератор 9 псевдослучайной последовательности, таймер 10 и микроконтроллер 11 образуют считыватель 2.

Перемножитель 12 и 23, узкополосный фильтр 13, фазовый манипулятор 14, гетеродины 15 и 20, смесители 16 и 21, усилитель 17 первой промежуточной частоты, усилитель 18 мощности, усилитель 19 высокой частоты, усилитель 22 второй промежуточной частоты, полосовой фильтр 24, фазовый детектор 25 и блок 26 регистрации образуют приемопередатчик 3.

Радиокомплекс 33, установленный на диспетчерском пункте, содержит последовательно включенные задающий генератор 43, фазовый манипулятор 44, второй вход которого через интерфейс 49 связан с компьютером 50, второй смеситель 46, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 45, усилитель 47 третьей промежуточной частоты, усилитель мощности 48, дуплексер 35, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной 34, усилитель высокой частоты 36, первый смеситель 38, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 37, усилитель 39 второй промежуточной частоты, перемножитель 40, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 37, полосовой фильтр 41 и фазовый детектор 42, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 45, а выход через интерфейс 49 связан с компьютером 50.

Диспетчерская система контроля движения городского транспорта работает следующим образом.

На всех маршрутах движения городского транспорта (автобусы, троллейбусы, трамваи и т.п.) на остановках устанавливаются радиочастотные метки, каждая из которых выполнена в виде пьезокристалла 27 с нанесенными на его поверхность тонкопленочным алюминиевым встречно-штыревым преобразователем (ВШП), содержащим две гребенчатые системы электродов 29, соединенные между собой шинами 30 и 31, и набором отражателей 32. Шины 30 и 31 соединены с микрополосковой приемопередающей антенной 28. Внутренняя структура ВШП определяет номер маршрута и остановки городского транспорта M₁(t)={101101001010}, определяющего номер маршрута и остановки городского транспорта.

В момент прибытия городского транспорта на остановку при открытии дверей автоматически включается радиокомплекс 1 (на фиг. 1 не показано).

При этом задающий генератор 4 формирует высокочастотное колебание

u_c(t)=U_c⋅cos(ω_ct+ϕ_с), 0≤t≤Т_с,

где U_c, ω_с, ϕ_c, T_c - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность колебания,

которое через дуплексер 5 поступает в приемопередающую антенну 6 и излучается ею в эфир. Радиочастотная метка устанавливается на остановке таким образом, чтобы она попадала в зону радиооблучения считывателя 2. Высокочастотное колебание u_c(t) улавливается микрополосковой приемопередающей антенной 28 и поступают на ВШП, которым оно преобразуется в акустическую волну. Последняя распространяется по поверхности пьезокристалла 27, отражается от набора 32 отражателей и опять преобразуется ВШП в электромагнитный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн)

u₁(t)=U₁⋅cos[ω_ct+ϕ_k1(t)+ϕ_с], 0≤t≤Т_с,

где ϕ_k1(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M₁(t), причем ϕ_k1(t)=const при kτ_э<t<(К+1)τ_э и может измениться скачком при t=kτ_э, т.е. на границах между элементарными посылками (К=1, 2,…,Ν₁-1);

τ_э, N₁ - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью T_c(T₁=N_i⋅τ_э),

который излучается микрополосковой приемопередающей антенной 28 в эфир, улавливается приемопередающей антенной 6 транспортного средства и через дуплексер 5 поступает на вход первого усилителя 7 высокой частоты, частота настройки ω_н1 которого выбирается равной ω_c(ω_н1-ω_с). После усилителя 7 упомянутый сигнал поступает на вход первого фазового детектора 8, на другой вход которого поступает ФМн-сигнал u₁(t) с выхода задающего генератора 4. В результате синхронного детектирования на выходе фазового детектора 8 формируется низкочастотное напряжение

u_н1(t)=U_н1⋅cos ϕ_k1, 0≤t≤T_c,

где

пропорциональное модулирующему коду M₁(t),

которое поступает на первый вход микроконтроллера 11, на второй и третий входы которого подаются модулирующие коды M₂(t) и M₃(t) с выхода генератора 9 псевдослучайной последовательности (ПСП) и таймера 10 соответственно. Модулирующий код M₂(t) соответствует в цифровом виде государственному номеру транспортного средства. Модулирующий код M₃(t) соответствует в цифровом виде времени прибытия транспортного средства на остановку. В микроконтроллере 11 формируется суммарный модулирующий код

M_Σ(t)=M₁(t)+M₂(t)+M₃(t).

Высокочастотное колебание u_c(t) с выхода задающего генератора 4 одновременно поступает на два входа перемножителя 12, на выходе которого образуется высокочастотное колебание

u₂(t)=U₂⋅cos(2ω_ct+ϕ_с), 0≤t≤Т_с,

где

которое выделяется узкополосным фильтром 13 и поступает на первый вход фазового манипулятора 14, на второй вход которого подается суммарный модулирующий код M_Σ(t). На выходе фазового манипулятора 14 образуется сложный ФМн-сигнал

u₃(t)=U₃⋅cos[2ω_ct+ϕ_k2(t)+2ϕ_с], 0≤t≤Т_с,

где ϕ_k2(х)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с суммарным модулирующим кодом M_Σ(t),

который поступает на первый вход смесителя 16, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 15

u_г1(t)=U_г1⋅cos(ω_г1t+ϕ_г1).

На выходе смесителя 16 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 17 выделяется напряжение первой промежуточной (суммарной) частоты

U_пр1(t)=U_пр1⋅cos[ω_пр1t+ϕ_k2(t)+ϕ_пр1], 0≤t≤Т_с,

где

ω_пр1=2ω_с+ω_г1 - первая промежуточная (суммарная) частота;

ϕ_пр1=2ϕ_с+ϕ_г1,

которое после усиления в усилителе 18 мощности через дуплексер 5 поступает в приемопередающую антенну 6 и излучается ею в эфир на частоте ω₁=ω_пр1=ω_г2, улавливается приемопередающей антенной 34 радиокомплекса 33, установленного на диспетчерском пункте, и поступает на первый вход первого смесителя 38, на второй вход которого подается напряжение первого гетеродина 37

u_г1(t)=U_г1⋅cos(ω_г1t+ϕ_г1).

На выходе смесителя 38 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 39 выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частоты

u_пр2(t)=U_пр2⋅cos[ω_пр2t+ϕ_k2(t)+ϕ_пр2], 0≤t≤Т_с,

где

ω_пр2=ω_пр1-ω_г1 - вторая промежуточная (разностная) частота;

ϕ_пр2=ϕ_пр1-ϕ_г1,

которое поступает на первый вход перемножителя 40, на второй вход которого подается напряжение u_г1(t) первого гетеродина 37. На выходе перемножителя 40 образуется напряжение

u₄(t)=U₄⋅cos[ω_г2t+ϕ_k2(t)+ϕ_г2], 0≤t≤Т_с,

где

ω_г2=ω_пр2+ω_г1;

ϕ_г2=ϕ_пр2+ϕ_г1,

которое представляет собой ФМн-сигнал на частоте ω_г2 второго гетеродина 45, выделяется полосовым фильтром 41 и подается на первый (информационный) вход фазового детектора 42, на второй (опорный) вход которого подается напряжение второго гетеродина 45

u_г2(t)=U_г2⋅cos(ω_г2t+ϕ_г2).

В результате синхронного детектирования на выходе фазового детектора 42 формируется низкочастотное напряжение

u_н2(t)=U_н2⋅cos ϕ_k2(t), 0≤t≤Т_с,

где

пропорциональное суммарному модулирующему коду M_Σ(t),

которое через интерфейс 49 поступает в компьютер 50. На экране компьютера 50 по каждому транспортному средству отображаются:

- государственный номер транспортного средства;

- время прохождения транспортным средством остановок;

- время опережения или отставания от графика движения каждого транспортного средства;

- сигнал тревоги «SOS» с транспортного средства, если он поступил.

Для передачи цифровой информации с диспетчерского пункта на транспортное средство задающим генератором формируется гармоническое колебание

u₅(t)=U₅⋅cos[2ω_ct+2ϕ_с], 0≤t≤Т_с,

которое поступает на первый вход фазового манипулятора 44, на второй вход которого с выхода компьютера 50 через интерфейс 49 подается модулирующий код M₃(t), в котором содержится в цифровом виде вся информация, необходимая для данного транспортного средства и его водителя. На выходе фазового манипулятора формируется сложный ФМн-сигнал

u₆(t)=U₆⋅cos[2ω_сt+ϕ_k3(t)+ϕ_с], 0≤t≤Т_с,

которое поступает на первый вход второго смесителя 46, на второй вход которого подается напряжение второго гетеродина 45

U_г2(t)=U_г2⋅cos(ω_г2t+ϕ_г2).

На выходе смесителя 46 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 47 выделяется напряжение третьей промежуточной (разностной) частоты

U_пp3(t)=U_пр3⋅cos[ω_пp3t-ϕ_k3(t)+ϕ_пр3], 0≤t≤Т_с,

где

ω_пр3=ω_г2-2ω_с - третья промежуточная (разностная) частота;

ϕ_пр3=ϕ_г2-2ϕ_с,

которое после усиления в усилителе 48 мощности через дуплексер 35 поступает в приемопередающую антенну 34 и излучается ею в эфир на частоте ω₂=ω_пр3=ω_г1, улавливается приемопередающей антенной 6 и через дуплексер 5 поступает на вход второго усилителя 19 высокой частоты, частота настройки ω_н2 которого выбирается равной частоте ω₂(ω_н2=ω₂), и поступает на первый вход второго смесителя 21, на второй вход которого подается напряжение второго гетеродина 20

u_г2(t)=U_г2⋅cos(ω_г2t+ϕ_г2).

На выходе смесителя 21 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 22 выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частоты

u_пр4(t)=U_пр4⋅cos[ω_пр2t+ϕ_k3(t)+ϕ_пр4],

где

ω_пр2=ω_г2-ω_пр3 - вторая промежуточная (разностная) частота;

ϕ_пр4=ϕ_г2-ϕ_пр3,

которое поступает на первый вход перемножителя 23, на второй вход которого подается напряжение u_г2(t) гетеродина 20. На выходе перемножителя 23 образуется напряжение

u₇(t)=U₇⋅cos[ω_г1t-ϕ_k3(t)+ϕ_г1], 0≤t≤Т_с,

где

ω_г1=ω_г2-ω_пр2,

ϕ_г1=ϕ_г2-ϕ_пр4,

которое выделяется полосовым фильтром 24 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 25, на второй (опорный) вход которого подается напряжение u_г1(t) первого гетеродина 15. В результате синхронного детектирования на выходе фазового детектора 25 формируется низкочастотное напряжение

u_н3(t)=U_н3⋅cos ϕ_k3(t), 0≤t≤Т_с,

где

пропорциональное модулирующему коду M₃(t),

которое фиксируется блоком 26 регистрации.

При этом частота ω_г1 и ω_г2 первого 15 (37) и второго 20 (45) гетеродинов разнесены на значение второй промежуточной частоты

ω_г2-ω_г1=ω_пр2.

Радиокомплекс 1, установленный на транспортном средстве, излучает сложные ФМн-сигналы на частоте ω₁=ω_пр1=ω_г2, а принимающий указанные сигналы на частоте ω₂=ω_пр3=ω_г1 радиокомплекс 33, установленный на диспетчерском пункте, наоборот, излучает сложные ФМн-сигналы на частоте ω₂, а принимает - на частоте ω₁. Это обеспечивает развязку по частоте при обеспечении дуплексной радиосвязи между диспетчерским пунктом и транспортными средствами.

Таким образом, предлагаемая система по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение надежности контроля выполнения графика движения городского транспорта. Это достигается использованием радиочастотных меток, устанавливаемых на остановках городского транспорта, двух частот ω₁, ω₂ и сложных сигналов с фазовой манипуляцией.

Основной особенностью радиочастотных меток является отсутствие источником питания и малые габариты.

Использование двух частот обеспечивает развязку по частоте при осуществлении дуплексной радиосвязи между диспетчерским пунктом и транспортными средствами.

Сложные ФМн-сигналы обладают высокой энергетической и структурной скрытностью.

Энергетическая скрытность сложных ФМн-сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени или по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого сложный ФМн-сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами и помехами. Причем энергия сложного ФМн-сигнала отнюдь не мала, она просто распределена на частотно-временной области так, что в каждой этой области мощность сигнала меньше мощности шумов и помех.

Структурная скрытность сложных ФМн-сигналов обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменения значений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку сложных ФМн-сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемного устройства.

Сложные ФМн-сигналы позволяют применять эффективный вид селекции - структурную селекцию. Это значит, что появляется новая возможность выделять эти сигналы среди других сигналов и помех, действующих в той же полосе частот и в те же промежутки времени.

Следует также отметить, что наличие указанной системы психологически воздействует на водителей городского транспорта, заставляя их вести себя дисциплинированно и стремиться выполнять установленный график движения городского транспорта.