Результат интеллектуальной деятельности: Бортовое навигационное коммуникационное устройство

Изобретение относится к радионавигационным устройствам и может быть использовано для обеспечения безопасности движения поездов на железнодорожных станциях.

Известно навигационное коммуникационное устройство, содержащее приемник навигационных сигналов, выполненный с возможностью работы в дифференциальном режиме спутниковой навигационной системы, радиостанцию GSM/GPRS, дополнительно включающую адаптер Wi-Fi и слоты для двух сим-карт, блок инерциальной навигационной системы, контроллер, два съемных носителя памяти и микропроцессор, соответствующие входы/выходы которого соединены непосредственно с выходами/входами контроллера, приемника навигационных сигналов, радиостанции GSM/GPRS и блока инерциальной навигационной системы, а через соединительный разъем - с выходами/входами первого съемного носителя памяти, второй съемный носитель памяти подключен через соединительный разъем к соответствующему входу/выходу контроллера, другой вход/выход которого через CAN-интерфейс соединен с разъемом для возможности подключения к бортовому блоку контроля параметров движения подвижного объекта (RU 2503567 C1, B61L 27/00, B61L 23/00, 10.01.2014).

Известное навигационное коммуникационное устройство обеспечивает высокую точность и достоверность определения физических координат подвижных объектов, возможность непрерывного позиционирования в режиме реального времени местонахождения подвижных объектов на цифровой модели станции.

Однако передачу информационных сообщений в известном навигационном коммуникационном устройстве осуществляют по одному радиоканалу, при этом не обеспечивают информационную безопасность при передаче данных по радиоканалу.

Наиболее близким аналогом является навигационное коммуникационное мобильное устройство маневрового локомотива, включающее контроллер с подключенным к нему блоком индикации, приемник навигационных сигналов с антенной и радиостанцию с антенной, обеспечивающую информационный обмен по радиоканалам связи по стандарту GSM/GPRS с комплексом обработки данных, связанным с дифференциальной системой спутниковой навигации, микропроцессор с блоком индикации, входы/выходы которого соединены через соответствующие интерфейсы RS-232, RS-485 и Ethernet с разъемами для возможности соединения с внешними устройствами, блок инерциальной навигационной системы, первый съемный носитель памяти с электронной картой станции, подключенный через соединительный разъем к соответствующему входу/выходу микропроцессора, другие входы/выходы которого соединены с выходами/входами радиостанции GSM/GPRS, приемника навигационных сигналов, блока инерциальной навигационной системы и контроллера, второй съемный носитель памяти, входом/выходом подключенный через другой соединительный разъем к соответствующему входу/выходу контроллера, другой вход/выход которого через CAN интерфейс подключен к разъему для соединения с выходом/входом бортового блока контроля параметров движения локомотива, и формирователь питающего напряжения, входом соединенный с разъемом для подключения к бортовой сети электропитания локомотива, при этом радиостанция GSM/GPRS снабжена адаптером Wi-Fi и слотами для двух сим-карт (RU 2503566 C1, B61L 25/00, 10.01.2014).

При этом микроконтроллер, контроллер, радиостанция, приемник навигационных сигналов, интерфейсы, формирователь питающего напряжения, блок инерциальной навигационной системы, интерфейсы CAN, RS-232, RS-485 и Ethernet установлены в едином корпусе, размещенном в аппаратном шкафу вагона электропоезда или в кабине машиниста локомотива, разъемы размещены на внешней стороне корпуса, а в его крышку встроены панели блоков индикации, при этом антенны установлены на крыше локомотива.

Известное навигационное коммуникационное устройство обеспечивает высокую точность и достоверность определения физических координат подвижных объектов, возможность непрерывного позиционирования в режиме реального времени местонахождения подвижного объекта на цифровой модели станции.

Недостатком известного навигационного коммуникационного мобильного устройства маневрового локомотива является недостаточная надежность радиосвязи при приеме/передачи ответственной информации, поскольку передачу информационных сообщений осуществляют по одному радиоканалу, отсутствуют средства для защиты информации при передаче данных и средства для контроля качества канала радиосвязи.

Технический результат заключается в повышении надежности радиосвязи за счет использования двухканальной передачи данных, возможности контроля качества канала, использования криптографической защиты информации и контроля целостности передаваемых данных.

Указанный технический результат достигается тем, что бортовое навигационное коммуникационное устройство содержит модем GSM-R с SIM-картой, GSM и навигационную антенны, установленные на крыше головного вагона электропоезда, и размещенные в едином корпусе два процессорных модуля, входами/выходами соединенные между собой, два блока контроля, интерфейс индикации, вход которого соединен с информационными выходами процессорных модулей, модуль навигации, модем LTE с SIM-картой, интерфейсы RS-232 и CAN, два модуля питания и встроенные на внешней стороне корпуса разъемы, при этом соответствующие входы/выходы первого процессорного модуля соединены с выходами/входами модуля навигации и первого блока контроля, а соответствующие входы/выходы второго процессорного модуля - с выходами/входами модема LTE и второго блока контроля, другие соответствующие входы/выходы каждого процессорного модуля для информационного взаимодействия с внешними устройствами подключены через RS-232 и CAN интерфейсы к соответствующим разъемам, причем первый процессорный модуль через соответствующий интерфейс RS-232 подключен к модему GSM-R с SIM-картой, вход модуля навигации и выход первого модуля питания посредством соответствующего разъема соединены соответственно с навигационной антенной и ее входом питания, второй вход/выход модема LTE посредством соответствующего разъема соединен с антенной GSM, для подключения к внешней сети питания вход каждого модуля питания соединен с соответствующим разъемом, причем выход первого модуля питания подключен к входам питания первого процессорного модуля, первого блока контроля и модуля навигации, а выход второго модуля питания - к входам питания второго процессорного модуля, второго блока контроля и модема LTE, программное обеспечение каждого процессорного модуля включает средство криптографической защиты, энергонезависимая память первого процессорного модуля содержит цифровую карту пути, табло интерфейса индикации размещено на внешней стороне корпуса.

При этом разъемы CAN интерфейсов и разъемы питания могут быть совмещены в единый разъем для возможности подключения соответственно к CAN шине и шине питания бортового устройства безопасности.

Для возможности обновления программного обеспечения процессорных модулей устройство может включать размещенные в корпусе Ethernet интерфейсы и встроенные на внешней стороне корпуса дополнительные разъемы, при этом дополнительный вход/выход каждого процессорного модуля через соответствующий Ethernet интерфейс подключен к соответствующему дополнительному разъему.

В качестве средства криптографической защиты может быть использовано программное обеспечение ViPNet Client.

Модем GSM-R и корпус с элементами устройства может быть установлен в аппаратном шкафу головного вагона электропоезда.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена структурная схема варианта выполнения бортового навигационного коммуникационного устройства.

Бортовое навигационное коммуникационное устройство содержит модем 1 GSM-R с SIM-картой, GSM и навигационную антенны 2 и 3, установленные на крыше головного вагона электропоезда, и размещенные в едином корпусе 4 два процессорных модуля 5 и 6, входами/выходами соединенные между собой, два блока 7 и 8 контроля, интерфейс 9 индикации, вход которого соединен с информационными выходами процессорных модулей 5 и 6, модуль 10 навигации, модем 11 LTE с SIM-картой, Ethernet интерфейсы 12 и 13, RS-232 интерфейсы 14 и 15 и CAN интерфейсы 16 и 17, два модуля 18 и 19 питания и встроенные на внешней стороне корпуса 4 разъемы 20 - 26. Табло интерфейса 9 индикации размещено на внешней стороне корпуса 4.

При этом вторые и третьи входы/выходы процессорного модуля 5 соединены с выходами/входами модуля 10 навигации и блока 7 контроля, а вторые и третьи входы/выходы процессорного модуля 6 - с выходами/входами модема 11 LTE и блока 8 контроля.

Четвертые входы/выходы каждого процессорного модуля 5 и 6 подключены через интерфейсы 12 и 13 Ethernet соответственно к разъему 22 и 23, а их пятые входы/выходы - через CAN интерфейсы 16 и 17 к разъему 26, к которому подключены входы модулей 18 и 19 питания. Шестой вход/выход процессорного модуля 6 через RS-232 интерфейс 14 подключен к разъему 24, а шестой вход/выход процессорного модуля 5 через RS-232 интерфейс 15 - к разъему 25 для соединения с модемом 1 GSM-R.

Через CAN интерфейсы 16 и 17 процессорные модули 5 и 6 осуществляют информационное взаимодействие с бортовым устройством безопасности. Через RS-232 интерфейс 15 процессорный модуль 5 посредством разъема 25 подключен к модему GSM.

Вход модуля 10 навигации и выход модуля 18 питания посредством разъема 20 соединены соответственно с навигационной антенной 3 и ее входом питания. Второй вход/выход модема 11 LTE посредством разъема 21 подключен к GSM антенне 2.

Выход модуля 18 питания подключен к входам питания процессорного модуля 5, блока 7 контроля и модуля 10 навигации, а выход модуля 19 питания - к входам питания процессорного модуля 6, блока 8 контроля и модема 11 LTE.

Модули 18 и 19 питания имеют гальваническую развязку от сети питания электропоезда и через разъем 26 подключены к шине питания бортового устройства безопасности.

Программное обеспечение каждого процессорного модуля 5 и 6 включает средство криптографической защиты ViPNet Client, обеспечивающее защиту информации и контроль целостности передаваемых данных, а энергонезависимая память процессорного модуля 5 содержит цифровую карту пути.

Интерфейсы 12, 13 и 14 используют для информационного взаимодействия процессорных модулей 5 и 6 с другими внешними устройствами. Например, через интерфейсы 12 и 13 Ethernet осуществляют обновление программного обеспечения процессорных модулей 6 и 5 соответственно.

Модем 11 LTE с SIM-картой также как модем 1 GSM-R с SIM-картой имеет уникальный идентификатор, который занесен в базу данных сервера информационного вычислительного центра железнодорожного транспорта.

Бортовое навигационное коммуникационное устройство размещают в головном вагоне электропоезда.

Модем 1 GSM-R и корпус 4 с элементами устройства устанавливают в аппаратном шкафу головного вагона электропоезда, в котором размещено бортовое устройство безопасности.

Разъем 26 подключают к CAN-шине и шине питания бортового устройства безопасности БЛОК или КЛУБ-У, к разъему 25 подключают модем 1 GSM-R, к разъемам 21 и 20 - соответственно антенны 2 и 3.

Навигационная и GSM антенны 3 и 2, установленные на крыше головного вагона поезда, обеспечивают соответственно прием сигналов спутниковой навигационной системы GPS/ГЛОНАСС и прием/передачу сигналов в диапазонах частот 2G/3G/LTE.

Во время движения электропоезда при включенном бортовом устройстве безопасности бортовое навигационное коммуникационное устройство работает в автоматическом режиме непрерывно.

Соединение устройства с сервером информационного вычислительного центра устанавливается после успешной авторизации модемов 11 и 1.

Сервер передает в процессорные модули 5 и 6 через соответственно модем 1 GSM-R и модем 11 LTE в режиме реального времени данные о дифференциальной поправке навигационных сигналов, полученные от базовой станции дифференциальной системы спутниковой навигации (на чертеже не указана).

Процессорный модуль 5 данные о дифференциальной поправке направляет в модуль 10 навигации.

Модуль 10 навигации в режиме реального времени принимает сигналы спутниковой системы навигации, обрабатывает их по заданному алгоритму с учетом дифференциальной поправки, определяет географические координаты местоположения головного вагона электропоезда, его скорость движения. Географические координаты местоположения головного вагона электропоезда, его скорость движения и признак достоверности определения местоположения и скорости движения электропоезда модуль 10 навигации отправляет в процессорный модуль 5. Кроме того, модуль 10 навигации направляет в процессорный модуль 5 данные о точном времени и направлении движения электропоезда.

Процессорный модуль 5 на основании географических координат головного вагона электропоезда и цифровой карты пути определяет в режиме реального времени номер пути, на котором в данный момент времени находится электропоезд. По результатам сравнения географических координат электропоезда с координатами определенного пути и формирует признак достоверности определения местоположения электропоезда.

Данные о скорости и направления движения электропоезда, текущем его местоположении с указанием номера пути и признака достоверности определения местоположения, а также данные о точном времени процессорный модуль 5 передает в процессорный модуль 6.

При этом через CAN интерфейсы 16 и 17 в режиме реального времени на другие входы/выходы процессорных модулей 5 и 6 с бортового устройства безопасности поступают диагностические данные электропоезда и другая ответственная информация, а через интерфейс 14 - данные от внешнего устройства контроля электропоезда.

Каждый процессорный модуль 5 и 6 синхронизирует по времени полученные данные с данными о скорости и направления движения электропоезда, текущем его местоположении и формирует информационное сообщение.

Каждое информационное сообщение содержит данные о времени его формирования, номере электропоезда, его скорости и направлении движения, о его текущем местоположении с указанием номер пути и признака достоверности определения местоположения и может включать диагностические данные электропоезда и другую ответственную информацию.

При этом процессорный модуль 5 для передачи на сервер сформированного информационного сообщения по радиоканалу связи направляет его через RS-232 интерфейс 15 в модуль 1 GSM-R, а процессорный модуль 6 - в модуль 11 LTE. Передачу информации на сервер бортовое навигационное коммуникационное устройство осуществляет в режиме реального времени по двум каналам.

Передача сообщений на сервер осуществляют по протоколу UDP. Причем передачу информационных сообщений с данными о скорости и направлении движения электропоезда, о его текущем местоположении с указанием номер пути и признака достоверности определения устройство осуществляет с интервалом в 5 секунд, а передачу информационных сообщений с диагностическими данными - с интервалом в 5 минут или по изменению параметров.

Процессорные модули 5 и 6 отвечают за контроль наличия соединения в канале связи, пересылку сообщений, формирование сообщений для отправки.

При нарушении работоспособности одного из каналов радиосвязи обмен информацией продолжается по работоспособному радиоканалу связи.

Сервер, получив информационные сообщения и обработав его соответствующим образом, направляет по каждому каналу связи в бортовое навигационное коммуникационное устройство каждого электропоезда сообщения об актуальном графике движения, сообщения с временными предупреждениями и ограничениями скорости и другую ответственную информацию. Полученную информацию процессорные модули 5 и 6 через CAN интерфейсы 16 и 17 передают в бортовое устройство безопасности.

При этом процессорный модуль 5 осуществляет контроль функционирования режимов модуля 10 навигации, интерфейсов 13, 15 и 17, а также модуля 18 питания и обеспечивает светодиодную индикацию результатов контроля на табло интерфейса 9. Процессорный модуль 6 осуществляет контроль функционирования режимов модема 11 LTE, модуля 19 питания и интерфейсов 12, 14 и 16, обеспечивает светодиодную индикацию результатов контроля на табло интерфейса 9 индикации.

Кроме того, процессорные модули 5 и 6 осуществляют контроль функционирования режимов CAN-интерфейсов 16 и 17 и обеспечивают светодиодную индикацию результатов контроля на табло интерфейса 9 индикации.

Блоки 7 и 8 контролируют работу соответственно процессорных модулей 5 и 6. В случае зависания по истечении заданного времени отправляют на их вход управления команду перезапуска.

Таким образом, предлагаемое бортовое навигационное коммуникационное устройство обеспечивает надежность радиосвязи за счет использования двухканальной передачи данных, возможности контроля качества канала, использования криптографической защиты информации и контроля целостности передаваемых данных.