Методы радиоконтроля автоматики неохраняемых переездов производственных предприятий железнодорожного транспорта тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.04, кандидат технических наук Воривошин, Алексей Владимирович

• Воривошин, Алексей Владимирович
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Воривошин, Алексей Владимирович

Введение.

Глава 1. Состояние вопроса: аналитический обзор источников по автоматической переездной сигнализации.

1.1. Системы автоматической переездной сигнализации магистрального железнодорожного транспорта.

1.2. Радиотехнические системы автоматической переездной сигнализации.'.1L

1.3. Система радиоконтроля неохраняемых железнодорожных переездов ППЖТ.

1.4. Вопросы снижения аварийности на переездах.

1.5. Выводы по главе 1: формулировка задач исследования.

Глава 2. Исследование возможности создания эффективной системы радиоконтроля на базе подтонального диапазона частот.

2.1. Общие положения.

2.2. Исследование спектра радиокодограмм с ФМн на 180°.г.

2.3. Минимизация ширины спектра радиоимпульса.

2.4. Энергетическая оценка ширины спектра радиоимпульса.

2.5. Реализация минимума ширины спектра радиокодограммы с

ФМн на 180°.

2.6. Следствие реализации минимума ширины спектра радиоимпульса.

2.7. Когерентный демодулятор коротких радиокодограмм с ФМн на 180°, в котором исключена обратная работа.

2.8. Выводы по главе 2.

Глава 3. Разработка новых систем радиоконтроля автоматики неохраняемых переездов производственных предприятий железнодорожного транспорта.

3.1. Общие положения.

3.2. Система радиоконтроля с повышенным быстродействием.

3.2.1. Аппаратура центрального поста.

3.2.2. Аппаратура переездов.

3.3. Система радиоконтроля с конкретизацией неисправностей автоматики переездов производственных предприятий железнодорожного транспорта.

3.4. Новая схема фазового манипулятора.

3.5. Формирователь-демодулятор коротких радиокодограмм с

ФМн на 180° на базе оптимального согласованного фильтра.

3.6. Выводы по главе 3.

Глава 4. Повышение эффективности радиоконтроля автоматики переездов в условиях производственных предприятий железнодорожного транспорта.

4.1. Уточнение поправочного множителя в формуле Введенского для определения дальности радиоконтроля.

4.2. Повышение помехоустойчивости приема радиокодограмм за счет исключения неучитываемого побочного канала приема.

4.3. Разработка системы аналоговой связи диспетчера ЦП и электромехаником автоматики на переезде, использующей подтональный диапазон частот.

4.4. Система телеконтроля состояния объектов железнодорожной автоматики.

4.5. Исследование обратной работы детектора ОФМн сигналов.

4.6. ОФМн без кодера.

4.7. Выводы по главе 4.

Глава 5. Вопросы реализации системы радиоконтроля.

5.1. Общие положения.

5.2. Изготовление макета системы радиоконтроля и проверка полученных результатов экспериментально.

5.3. Программирование микроконтроллера ATMEGA 162 фирмы

ATMEL для использования в системе радиоконтроля.

5.4. Способы программирования энергонезависимой памяти AYR для разрабатываемой системы радиоконтроля.

5.5. Выводы по главе 5.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы радиоконтроля автоматики неохраняемых переездов производственных предприятий железнодорожного транспорта»

Автоматическая переездная сигнализация (АПС) повышает безопасность движения не только железнодорожного, но и автомобильного транспорта и даёт большой экономический эффект. Однако в АПС могут выходить из строя её элементы и тогда не исключаются ни аварии, ни большие очереди автотранспорта у переездов. Для их минимизации необходимо срочно передавать диспетчеру информацшо об этой неисправности. В случае переездов промышленных предприятий железнодорожного транспорта (ППЖТ) требуется, чтобы эта передача осуществлялась только по отдельному радиоканалу. Однако удовлетворить такое требование практически очень трудно ввиду отсутствия рабочих частот.

Ввиду важности данной проблемы разрешено использовать для этого одну из частот станционной (железнодорожной) радиосвязи (СРС) на вторичной основе. Чтобы радиоконтроль был независимым предложено использовать не тональный, а подтональный диапазон частот 0 — 300Гц, свободный в эксплуатируемых железнодорожных радиостанциях (ЖР). При этом колебания средней частоты подтонального диапазона манипулируется по фазе на 180° короткой информационной видеокодограммой, после чего фазоманипулированное (ФМн) колебание преобразуется на частоту СРС. Так как число переездов может быть значительным, то такая система радиоконтроля является многоканальной, имеющей радиальную структуру: центральный пост (ЦП) и переезды по радиусам от него. Она должна быть быстродействующей, поскольку переезды опрашиваются последовательно, а спектры радиокодограмм — адресов переездов не должны попадать в тональный диапазон. Поэтому необходимо минимизировать ширину спектра этих коротких радиокодограмм с ФМн на 180°.

В условиях ППЖТ имеет место тяжёлая помеховая обстановка, особенно в промышленных городах, а также велико экранирующее действие зданий и других предметов, что снижает дальность радиоконтроля. Поэтому необходимо найти дополнительные меры подавления помех и исследовать затухание радиоволн в этих условиях.

Решение названных вопросов и определяет актуальность данной работы.

Первая система радиоконтроля автоматики неохраняемых 14-и переездов ППЖТ работала по принципу «запрос-ответ». Она позволила выявить основные её недостатки и более конкретно сформулировать цель и задачи исследования.

Целью диссертации является разработка новых методов радиоконтроля работы автоматики неохраняемых переездов ППЖТ, повышающих безопасность движения железнодорожного и автодорожного транспорта, минимизирующих простои последнего у переездов.

Основными задачами диссертации являются:

1. Разработка новых, эффективных систем радиоконтроля работы автоматики неохраняемых переездов ППЖТ на базе подтонального диапазона частот;

2. Минимизация ширины спектра коротких радиокодограмм с фазовой манипуляцией (ФМн) на 180° с целью исключения попадания его в тональный диапазон;

3. Максимизация помехоустойчивости приема кодограмм;

4. Исследование дальности радиоконтроля в условиях ППЖТ.

Реализация результатов исследования. Результаты исследования, полученные в диссертационной работе, использованы в ПРОМТРАНСНИИПРОЕКТе (работа № 0615), во ВНИИАСе МПС РФ (тема 325/06), на ППЖТ г. Электросталь тема № 2Н/98, в учебном процессе кафедр «Радиотехника и электросвязь» МГУПС, «Автоматика и телемеханика на железной дороге» РГОТУПС.

Методы исследований. В работе использована теория модуляции и демодуляции, помехоустойчивости приёма сигналов, спектрального анализа, компьютерное и физическое моделирование.

Результаты работы. Основные теоретические и практические результаты диссертации были получены автором в ходе выполнения научно-исследовательских работ, проводимых на кафедре «Радиотехника и электросвязь» Московского государственного университета путей сообщения в период с 2001 по 2007г.г.

Новизна результатов подтверждена пятью патентами РФ на, полезные модели и 12-ю публикациями две из которых опубликованы в журналах рекомендованных ВАК РФ.

Научная новизна диссертации состоит в том, что:

1. Получена формула спектральной характеристики коротких радиокодограмм с фазовой манипуляцией (ФМн) на 180°.

2. Показано, что ширина спектра радиокодограмм минимальна при условии, что нули огибающей радиоимпульса совпадают с нулями его высокочастотного заполнения при целом числе его периодов в огибающей.

3. Показано, что в условиях ППЖТ множитель ослабления в формуле Введенского равен 0,1 вместо рекомендованного 0,2 0,4, по которой дальность радиоконтроля работы автоматики переездов ППЖТ определять проще, чем по формуле Окумура-Хата.

4. Разработан механизм преобразования AM в ФМ в приёмнике ЧМ (ФМ) сигналов, позволивший исключить неучитываемый побочный канал приёма помех.

Практические результаты диссертации.

1. Разработана система радиоконтроля работоспособности автоматики неохраняемых переездов ППЖТ на базе подтонального диапазона частот и использовании на вторичной основе частоты станционной (железнодорожной) радиосвязи, что позволило:

- исключить мешающее действие системы тональному диапазону частот, в котором ведётся работа на первичной основе;

- уменьшить в 1,9 раза период опроса всех контролируемых переездов;

- обеспечить возможность экстренной передачи на центральный пост информации о неисправности автоматики переезда, что минимизирует очередь автотранспорта у переездов и максимизирует безопасность движения. Новизна системы защищена патентом РФ на изобретение.

2. Разработан вариант предыдущей системы, в которой конкретизированы передаваемые неисправности автоматики переезда. Для этого освобождены 2"-3 кодограммы, где п - их информационная разрядность, а для периодического опроса переездов используется только две кодограммы и временная селекция по ним номеров переездов. Новизна этой разработки подтверждена патентом РФ на изобретение.

3. Разработано устройство исключения «обратной работы» когерентного детектора радиокодограмм с фазовой манипуляцией (ФМн) на 180°, позволившее перейти с относительной (ОФМн) на абсолютную ФМн на 180°. При этом уменьшилась вероятность ошибки приема кодограмм в 2 раза и упростилась аппаратура за счет исключения кодера и декодера ОФМ. Новизна разработки подтверждена патентом РФ на изобретение.

4. Разработан пассивный без (питания) апериодический фазовый манипулятор на 180°, упрощающий аппаратуру радиоконтроля. Новизна данного манипулятора защищена патентом РФ на изобретение.

5. Для обеспечения возможности экстренной передачи на центральный пост (ЦП) информации о неисправности автоматики переездов предложено использовать в их аппаратуре двойную фазовую манипуляцию (ДФМн) на 180°, при которой по синфазному каналу передается кодограмма переездов об исправной работе автоматики, а по квадратурному - эта же кодограмма о неисправной работе.

Заключение диссертации по теме «Радиотехника, в том числе системы и устройства телевидения», Воривошин, Алексей Владимирович

5.5. Выводы по главе 5

1. В отличии от предыдущей разработки [20] новая система радиоконтроля выполнена на новой элементной базе — микроконтроллерах [77, 78]. Они совмещают в себе функции всех элементов, используемых для изготовления системы данного контроля, что позволяет более эффективно использовать ресурс новой системы. При этом значительно сокращаются экономические затраты, уменьшаются габариты и время монтирования на нее элементов, появляется возможность гибкого управления системой (с помощью программы для микроконтроллеров).

2. Проведенные исследования работы микроконтроллера позволили его оптимально использовать в новой системе радиоконтроля.

Заключение

На основании проведенных в диссертационной работе исследований и разработок получены следующие основные результаты:

1. Разработана [6, 36, 43] разработана система радиоконтроля работоспособности автоматики неохраняемых переездов ППЖТ на базе подтонального диапазона частот и использовании на вторичной основе частоты станционной (железнодорожной) радиосвязи, что позволило:

- исключить мешающее действие данной системы тональному диапазону частот, в котором ведется работа на первичной основе;

- уменьшить в 1,9 раза период опроса всех контролируемых переездов;

- обеспечить возможность экстренной передачи на центральный пост информации о неисправности автоматики переезда, что минимизирует очередь автотранспорта у переезда и максимизирует безопасность движения.

2. Разработан [44] вариант предыдущей системы по, в которой конкретизированы передаваемые неисправности автоматики переезда. Для этого освобождены 2П-3 кодограммы, где п - их информационная разрядность, а для периодического опроса переездов используются только две кодограммы и временная селекция по ним номеров переездов.

Новизна этой разработки подтверждена патентом РФ на изобретение [44].

3. Разработано [45] устройство исключения «обратной работы» когернтного детекторарадиокодограмм с фазовой манипуляцией (ФМн) на 180°, позволившее перейти с относительной (ОФМн) на абсолютную ФМн на 180°. При этом уменьшилась вероятность ошибки приема кодограмм в 2 раза и упрстилась аппаратура за счет исключения кодера и декодера ОФМн.

Новизна разработки подтверждена патентом РФ [45] на изобретение.

4. Разработан [84] пассивный (без питания) апериодический фазовый манипулятор на 180°, упрощающий аппаратуру радиоконтроля.

Новизна данного манипулятора защищена патентом [84] РФ на изобретение.

5. Для обеспечения возможности экстренной передачи на центральный пост (ЦП) информации о неисправности автоматики переездов предложено использовать в их аппаратуре двойную фазовую манипуляцию (ДФМн) на 180°, при которой по синфазному каналу передается кодограмма переезда об исправной работе автоматики, и по квадратурному — эта же кодограмма о неисправной работе.

6. Получена [29, 37] формула спектральной характеристики коротких радиокодограмм с ФМн на 180°, показывающая, что ширина их спектра минимальна при условии, что элементарный радиоимпульс представляет собой отрезок синусоиды с нулевой начальной фазой и целым числом ее периодов. В этом случае исключается мешающее действие передаваемых радиокодограмм тональному диапазону частот, где ведется работа на первичной основе.

7. Показано [61], что в условиях ППЖТ дальность радиоконтроля целесообразно определять не по формуле Окумуры-Хата, а по формуле Введенского, введя в нее множитель ослабления г = 0,1 вместо рекомендованного г = 0,2 0,4.

8. Разработан [64] механизм преобразования амплитудной (AM) в фазовую модуляцию (ФМн) в приемнике ЧМ (ФМ) сигналов ЖР, позволивший исключить неучитываемый побочный канал приема и тем самым повысить помехоустойчивость приема радиокодограмм с ФМн на 180°.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Воривошин, Алексей Владимирович, 2008 год

1. Казаков А.А., Крайнов Ю.Е. Устройства автоматической переездной сигнализации. М.: Труды МИИТа, вып. 233, 1966, - С.4 - 10.

2. Крайнов Ю.Е. К вопросу скоростного управления переездной сигнализацией. М.: Труды МИИТа, вып. 256, 1968, - С.121 - 125.

3. Авторский перевод с немецкого статьи Henri Werdel / Patrik Melchior, Bahnubergangssicherung in Luxemburg mit BUES 2000. // SIGNAL + DRAHT (95) 10/2003. C.25 - 30.

4. Логинов И.А. Актуальные вопросы радиоконтроля РФ. М.: Радио и связь, 2000.

5. Блохин В.Г. и др. Современный эксперимент: подготовка, проведение, анализ результатов. М.: Радио и связь, 1997.

6. Волков А.А., Воривошин А.В., Цыбуля Н.А. Система радиоконтроля неохраняемых переездов производственных предприятий железнодорожного транспорта//Материалы IV научно-практической конференции «Безопасность движения поездов», Москва, 2003.

7. Казаков А.А., Белов В.И., Цыбулевский М.Л. Принципы построения систем управления заградительными устройствами на переездах.-М.: Труды МИИТа, вып. 680, 1981, С.41 - 51.

8. Григорин-Рябов В.В., Шелухин В.И., Шелухин О.И. Радиотехнические системы автоматической переездной сигнализации. М.: Труды МИИТа, вып. 409, 1975, - С.73 - 80.

9. Сазонов В.Н. Безопасность движения важнейший показатель качества работы ОАО «РЖД» // Евразия вести. № 1, 2004.

10. Stefan Wagner. Anwendungsvarianten der Bahnubergangstechnik SIMIS LC vorteilhaft planen. // SIGNAL + DRAHT (95) 3/2003. C. 20 - 23.

11. Jkeda Toshihisa. A view of Level crossing accidents in JNR. Jap. Railway Eng. 1971. 12., №93.

12. Many sings paint to safer grade crossing "Railway System Control", 1972,26, № 7.13. "Signal and telecommunication facilities of private railways" Elec Railways, 1972, 26, № 7.

13. Устройства автоматической переездной сигнализации с применением лазеров. Пер. с немецкого В.М. Мерлис. Экспресс информация. Организация перевозок. "Автоматика телемеханика и связь на железных дорогах", 1974, № 15.

14. Полушин П.А., Самойлов А.Г. Избыточность сигналов в радиосвязи. -М.: Радиотехника, 2007.

15. Киселев А.З. Теория радиолокационного обнаружения на основе использования векторов рассеяния целей. — М.: Радио и связь, 2002.

16. Левин В.М. Акустооптика. Физическая энциклопедия. — М.: Сов. энциклопедия. 1990.

17. Борисов В.И. (под ред.). Помехозащищенность систем радиосвязи с расширением спектра сигналов модуляцией несущей псевдослучайной последовательностью. — М.: Радио и связь, 2003.

18. Воривошин А.В., Коновалов Л.С. Система сигнализации шумоподобными сигналами о неисправной работе удаленных объектов железнодорожного транспорта//Материалы научно-практической конференции Неделя науки 2005 «Наука транспорту». — C.VI-26.

19. Волков А.А., Цыбуля Н.А., Байков П.П. Система радиоконтроля работоспособности автоматики неохраняемых железнодорожных переездов ППЖТ //Автоматика, связь, информатика №2, 2003.- С.14-16.

20. Вопросы снижения аварийности на переездах. // Автоматика, связь, и информатика № 5,2004.

21. Пугачев B.C. Теория вероятностей и математическая статистика. -М.: Наука 1979.

22. Котельников Л.В. Разрешение и распознавание случайных процессов.- М.: Радио и связь, 2001.24.27,28,29,3031,32