адаптивный приемник сигналов автоматической локомотивной сигнализации

Формула изобретения

Адаптивный приемник сигналов автоматической локомотивной сигнализации, содержащий блок приема кодовых сигналов из рельсовой цепи, вход которого соединен с приемными катушками, а его выход - с входом аналого-цифрового преобразователя, отличающийся тем, что в него введены тактовый генератор, последовательно соединенные преобразователь, реализующий функцию преобразования Фурье, первое оперативное запоминающее устройство, блок формирования усредненного спектра сигналов и второе оперативное запоминающее устройство, корреляционное устройство сравнения, формирователь импульса управления, ключевой элемент и корреляционный идентификатор спектров сигналов автоматической локомотивной сигнализации, при этом вход преобразователя, реализующего функцию преобразования Фурье, соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, первый и второй выходы второго оперативного запоминающего устройства подключены соответственно к первому и второму входам корреляционного устройства сравнения, выход которого через формирователь импульса управления соединен с входом управления ключевого элемента, включенного между вторым выходом второго оперативного запоминающего устройства и входом корреляционного идентификатора спектров сигналов автоматической локомотивной сигнализации, выход тактового генератора подключен к входам управления первого оперативного запоминающего устройства, блока формирования усредненного спектра сигналов, второго оперативного запоминающего устройства и корреляционного устройства сравнения, выход корреляционного идентификатора спектров сигналов автоматической локомотивной сигнализации является выходом адаптивного приемника сигналов автоматической локомотивной сигнализации.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики и может быть использовано в системах автоматической локомотивной сигнализации непрерывного действия, в частности, в приемниках сигналов автоматической локомотивной сигнализации непрерывного действия, установленных в кабине машиниста.

Известен приемник сигналов автоматической локомотивной сигнализации непрерывного действия (АЛСН), предназначенный для непрерывного приема в кабине машиниста кодовых (сигнальных) показаний путевых светофоров - зеленого (З), желтого (Ж) или красно-желтого (КЖ). Формирование числового кода каждого из этих показаний осуществляется кодирующей аппаратурой, состоящей из кодового путевого трансмиттера (КПТ) и трансмиттерного реле. Передаваемые в рельсовую цепь сигналы воспринимаются на локомотиве приемными катушками, усиливаются и преобразуются локомотивным приемником в последовательность импульсов, соответствующую исходной кодовой комбинации, переданной КПТ. Дешифратор декодирует принятую кодовую комбинацию и в зависимости от ее вида обеспечивает зажигание соответствующего огня локомотивного светофора (Кравцов Ю.А., Нестеров В.Л., Лекута Г.Ф. и др. "Системы железнодорожной автоматики и телемеханики", учебник для вузов под ред. Кравцова Ю.А., М.: Транспорт, 1996, с.144-145).

Наличие помех в рельсовой цепи вызывает искажения принимаемых кодовых комбинаций, что приводит к ошибочному декодированию, т.е. к сбоям в работе АЛСН. Повышение устойчивости функционирования автоматической локомотивной сигнализации может быть достигнуто путем применения адаптивного приемника, в котором распознавание сигнала, поступающего из рельсовой линии, осуществляется на основе сравнения заданного набора характеристических параметров его огибающей с параметрами уже принятых сигналов, записываемых в оперативном запоминающем устройстве, а также - с характеристическими параметрами образцовых сигналов З, Ж и КЖ, хранящихся в постоянном запоминающем устройстве.

В качестве прототипа принято устройство, которое может быть использовано в системах автоматической локомотивной сигнализации непрерывного действия. Известное устройство обеспечивает прием переданных в рельсовую цепь сигналов, принятые сигналы усиливаются и преобразуются в последовательность импульсов, соответствующую исходной кодовой комбинации, с помощью следующих средств. Устройство содержит последовательно соединенные фильтр, блок выборки, на второй вход которого поступает сигнал, задающий частоту выборки, амплитудно-цифровой преобразователь, блок формирования временного окна, буферный блок, блок быстрого преобразования Фурье, второй буферный блок, блок обработки данных преобразования Фурье, третий буферный блок, селектор сигналов и средство вычисления значений преобразованных сигналов и идентификации, выходы которого соединены с формирователем сообщений, подключенным к дисплею (US 4965757, G01R 23/16, 23.10.90).

Недостатком известного технического решения является невозможность распознавания сигналов в случае отклонения несущей частоты от заданной величины. Даже небольшие ее отклонения (сопоставимые с 1/2 разрешающей способности преобразователя Фурье) могут привести к неверной идентификации асимметричных сигналов. Для обеспечения правильного распознавания сигналов в этом случае потребуется изменение алгоритма преобразования и идентификации распознаваемых сигналов, что приведет к усложнению реализации устройства. Его недостатком, кроме того, является неустойчивость работы в условиях помех; устройство не защищено от воспроизведения искаженных (неправильно принятых) кодовых комбинаций и не содержит узла их подавления.

Технический результат заключается в повышении достоверности распознавания сигналов автоматической локомотивной сигнализации непрерывного действия в условиях воздействия внешних помех и нестабильности несущей частоты кодовых сигналов, защищенности от воспроизведения искаженных сигналов и устойчивости работы.

Технический результат достигается тем, что в адаптивный приемник сигналов автоматической локомотивной сигнализации, содержащий блок приема кодовых сигналов из рельсовой цепи, вход которого соединен с приемными катушками, а его выход - с входом амплитудно-цифрового преобразователя, введены тактовый генератор, последовательно соединенные преобразователь, реализующий функцию преобразования Фурье, первое оперативное запоминающее устройство, блок формирования усредненного спектра сигналов и второе оперативное запоминающее устройство, корреляционное устройство сравнения, формирователь импульса управления, ключевой элемент и корреляционный идентификатор спектров сигналов автоматической локомотивной сигнализации, при этом первый и второй выходы второго оперативного запоминающего устройства подключены соответственно к первому и второму входам корреляционного устройства сравнения, выход которого через формирователь импульса управления соединен с входом управления ключевого элемента, включенного между вторым выходом второго оперативного запоминающего устройства и входом корреляционного идентификатора спектров сигналов автоматической локомотивной сигнализации, выход тактового генератора подключен к входам управления первого оперативного запоминающего устройства, блока формирования усредненного спектра сигналов, второго оперативного запоминающего устройства и корреляционного устройства сравнения, выход корреляционного идентификатора спектров сигналов автоматической локомотивной сигнализации является выходом адаптивного приемника сигналов автоматической локомотивной сигнализации.

Вышеперечисленная совокупность признаков, характеризующих предлагаемый приемник, позволяет обеспечить высокую достоверность распознавания сигналов автоматической локомотивной сигнализации непрерывного действия в условиях воздействия внешних помех и нестабильности несущей частоты кодовых сигналов, а также осуществлять подавление искаженных (неправильно принятых) сигналов. Каждый из принимаемых приемником сигналов З, Ж и КЖ представляет собой циклически повторяющуюся последовательность импульсов, на каждом периоде Т которой число импульсов, их длительность и длительность пауз между ними задаются видом сигнала. В качестве характеристических параметров последовательностей З, Ж и КЖ используются характеристики их разложения в обобщенный ряд Фурье, и, в частности, их амплитудного спектра, получаемого на основе дискретного преобразования Фурье (ДПФ) огибающей сигнала на периоде Т (Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. Москва. ГУП Издательство "Высшая школа", 2005, с.389-395).

На чертеже представлена функциональная схема адаптивного приемника сигналов автоматической локомотивной сигнализации.

Адаптивный приемник сигналов автоматической локомотивной сигнализации содержит блок 1 приема кодовых сигналов из рельсовой цепи, вход которого соединен с приемными катушками (на чертеже не показано), а его выход (выход детектора этого блока) соединен с входом амплитудно-цифрового преобразователя 2, подключенного к входу преобразователя 3, реализующего функцию преобразования Фурье, выход преобразователя 3 соединен с входом первого оперативного запоминающего устройства 4, подключенного к блоку 5 формирования усредненного спектра сигналов, выход которого соединен с входом второго оперативного запоминающего устройства 6, выходы второго оперативного запоминающего устройства 6 подключены соответственно к первому и второму входам корреляционного устройства 7 сравнения, выход которого через формирователь 8 импульса управления соединен с входом управления ключевого элемента 9, включенного между вторым выходом второго оперативного запоминающего устройства 6 и входом корреляционного идентификатора 10 спектров сигналов автоматической локомотивной сигнализации, выход тактового генератора 11 подключен к входам управления первого оперативного запоминающего устройства 4, блока 5 формирования усредненного спектра сигналов, второго оперативного запоминающего устройства 6 и корреляционного устройства 7 сравнения, выход корреляционного идентификатора 10 спектров сигналов автоматической локомотивной сигнализации является выходом адаптивного приемника сигналов автоматической локомотивной сигнализации.

Адаптивный приемник сигналов автоматической локомотивной сигнализации работает следующим образом.

Сигналы автоматической локомотивной сигнализации воспринимаются приемными катушками, подключенными к входу блока 1 приема кодовых сигналов. В блоке 1 принятые сигналы усиливаются и детектируются. С выхода детектора (выход блока 1 приема кодовых сигналов) последовательность импульсов (огибающая принятого сигнала) u(t) на выходе блока 1, полученная на основе поступающего на его вход частотно-манипулированного гармонического сигнала U( t), поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 2, в котором осуществляется оцифровка сигнала. Далее полученная дискретная последовательность поступает на вход преобразователя 3, в котором она подвергается преобразованию Фурье и математической обработке. Результатом этого преобразования является амплитудный спектр F_N сигнала, совокупность N значений которого взаимно-однозначно связана с формой огибающей сигнала АЛСН. F_N принимается в качестве его характеристического параметра (образа) исходного сигнала.

В первом оперативном запоминающем устройстве 4 осуществляется запоминание n образов последовательностей, поступивших в приемник на очередном такте _k=nT, k=0, 1, 2, ..., а в блоке 5 формирования усредненного спектра сигналов производится вычисление и формирование их усредненной по n величины для всех N составляющих амплитудных спектров [F _N]^(j).

Длительность всех тактов _k+1= _k=nT, k=0, 1, 2, ... одинакова и задается тактовым генератором 11, который подключен к входам управления первого оперативного запоминающего устройства 4, блока 5 формирования усредненного спектра сигналов, второго оперативного запоминающего устройства 6 и корреляционного устройства 7 сравнения.

Значения непрерывно поступают с выхода блока 5 формирования усредненного спектра сигналов на вход второго оперативного запоминающего устройства 6. Второе оперативное запоминающее устройство 6 работает циклически и хранит усредненные значения амплитудных спектров (образы) огибающих и , полученные для каждых двух смежных тактов работы устройства - последующего _k+1 и предыдущего _k и поступающие соответственно на второй и первый входы корреляционного устройство сравнения 7. Корреляционное устройство сравнения 7 на каждом такте производит сравнение этих образов. При их совпадении формирователь 8 импульса управления формирует сигнал логической 1, а при несовпадении - сигнал логического 0.

Наличие последовательной цепочки совпадений является свидетельством устойчивого адаптивного приема и декодирования очередного сигнального показания АЛСН. Вырабатываемый формирователем 8 импульса управления сигнал совпадения, соответствующий логической 1, открывает ключевой элемент 9, соединяющий второй выход второго оперативного запоминающего устройства 6 с входом корреляционного идентификатора 10 спектров сигналов. Корреляционный идентификатор 10 спектров сигналов содержит в своем составе постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), в котором записаны характеристические параметры образцовых сигнальных показаний З, Ж и КЖ для двух групп кодовых трансмиттеров, нашедших в настоящее время применение в эксплуатации: КПТ-5, КПТ-8 с длительностью сигнального показания 1,6 с и КПТ-7, КПТ-9 с длительностью сигнального показания 1,9 с. Устройство инвариантно к типу КПТ, производит корреляционный анализ поступившего на его вход - образа независимо от того, какой группой КПТ генерируется текущее сигнальное показание, и идентифицирует - образа как З, Ж или КЖ сигнальное показание, которое отражается на подключенном к выходу корреляционного идентификатора 10 локомотивном светофоре. При отсутствии совпадения формирователь 8 импульса управления формирует сигнал логического 0, ключевой элемент 9 при этом запирается, - образ на вход корреляционного идентификатора 10 не поступает и на его выходе формируется признак отсутствия сигнального показания (белый огонь).

Таким образом, использование предлагаемого адаптивного приемника сигналов автоматической локомотивной сигнализации, обеспечивающего высокую помехоустойчивость, препятствует искажению сигнального показания, повышая тем самым безопасность движения.