Способ контроля положения подвижных объектов, например подвижных железнодорожных составов, и система для его осуществления (варианты)

 

Изобретение может быть использовано для контроля взаимного положения подвижных железнодорожных составов. Цель - повышение точности определения расстояний между подвижными объектами. Способ осуществляется следующим образом: на подвижном объекте и диспетчерском пункте принимают сигналы от навигационных спутников, измеряют на подвижном объекте и диспетчерском пункте дальности от соответствующих навигационных спутников, по крайней мере на двух подвижных объектах принимают сигналы от навигационных спутников, измеряют на подвижных объектах дальности от соответствующих навигационных спутников и переизлучают полученные параметры, принимают на диспетчерском пункте сигналы, излученные с подвижных объектов, и определяют координаты, скорости подвижных объектов и расстояния между ними для каждой группы объектов по одинаковым навигационным спутникам, переизлучают полученные параметры с диспетчерского пункта, принимают на подвижных объектах сигналы, излученные с диспетчерского пункта и содержащие информацию о координатах, скорости и расстоянии между объектами. Варианты системы для контроля положения подвижных объектов содержат диспетчерский пункт с приемными антеннами, приемниками, вычислительным блоком, модулятором, демодулятором, блоком управления, передатчиком и передающей антенной, а также К подвижных объектов, каждый из которых содержит приемные и передающую антенны, приемники, вычислительный блок, модулятор, блок управления, демодулятор, передатчик. 3 с.п. ф-лы, 7 ил.

Предлагаемое изобретение относится к навигации и может быть использовано для контроля взаимного положения подвижных железнодорожных составов.

Известна система контроля положения подвижных объектов, например, подвижного железнодорожного состава [1], в которой вдоль пути следования подвижного объекта развернута линия индуктивной радиосвязи, имеющая N (где N >> 3) проводников с периодом повторения P, расположенных со сдвигом P/N. На каждый проводник подают N-фазный электрический ток с прямой или обратной последовательностью фаз. Две транспортные антенны подвижного объекта, расположенные на некотором расстоянии друг от друга вдоль линии радиосвязи, принимают от нее сигналы. По сдвигу фаз принимаемых сигналов определяют положение подвижного объекта. В системе линия радиосвязи разделена на небольшие интервалы, соответствующие интервалам, на которые разделен весь путь следования объекта. На каждом интервале периоды повторения отличаются [1].

Недостатком устройства является отсутствие возможности определения с высокой точностью расстояния между подвижными составами.

Известна система контроля положения подвижных объектов, содержащая n навигационных спутников, контрольно-корректирующую станцию, состоящую из последовательно соединенных приемной антенны, аппаратуры потребителя (далее в материалах заявки названной приемником спутниковых сигналов), вычислительного блока, модулятора, передатчика и передающей антенны, вычислителя параметра, соединенного с вторым входом вычислительного блока, K подвижных объектов, состоящих из последовательно соединенных первой приемной антенны, приемника спутниковых сигналов и корректора параметра (далее в материалах заявки названного вычислительным блоком), выход которого соединен с информационным входом приемника спутниковых сигналов, последовательно соединенных второй приемной антенны, приемника и демодулятора, выход которого соединен с вторым входом вычислительного блока [2, рис. 20.3].

Недостатком данной системы контроля положения объектов является отсутствие возможности определения с высокой точностью расстояния между подвижными объектами.

Известен способ контроля положения подвижных объектов, заключающийся в приеме на подвижном объекте и наземной контрольно-корректирующей станции сигналов от навигационных спутников, измерении на подвижном объекте и контрольно-корректирующей станции дальностей от соответствующих навигационных спутников, вычислении на контрольно-корректирующей станции поправок к измеряемым параметрам (например к дальности) для всех радиовидимых навигационных спутников по разности между истинными дальностями и измеренными дальностями, излучении полученных поправок с контрольно-корректирующей станции, приеме на подвижном объекте сигналов, излученных контрольно-корректирующей станцией и определении координат и скорости подвижного объекта по измеренным дальностям от соответствующих спутников и значениями поправок к ним [2].

Данный способ обеспечивает определение координат и скорости подвижного объекта с высокой точностью в широкой зоне действия.

Недостатком указанного способа является отсутствие возможности определения с высокой точностью расстояния между подвижными объектами.

В основу изобретения положена задача повышения точности определения расстояний между подвижными объектами путем определения на диспетчерском пункте координат, скорости подвижных объектов и расстояний между ними.

Поставленная задача решается тем, что в способе контроля положения подвижных объектов, например подвижных железнодорожных составов, заключающемся в приеме на подвижном объекте и контрольно-корректирующей станции (далее в материалах заявки названной диспетчерским пунктом) сигналов от навигационных спутников, измерении на подвижном объекте и диспетчерском пункте дальностей от соответствующих навигационных спутников, согласно изобретению, одновременно принимают сигналы от навигационных спутников по крайней мере еще на одном подвижном объекте, измеряют на нем дальности от соответствующих навигационных спутников, переизлучают полученные параметры с подвижных объектов, принимают на диспетчерском пункте сигналы, излученные с подвижных объектов, и определяют координаты, скорости подвижных объектов и расстояния между ними для каждой группы объектов по одинаковым навигационным спутникам, переизлучают полученные параметры с диспетчерского пункта, принимают на подвижных объектах сигналы, излученные с диспетчерского пункта и содержащие информацию о координатах, скорости и расстояниях между объектами.

Преимущества предлагаемого технического решения заключаются в повышении точности определения расстояния между подвижными объектами за счет определения на диспетчерском пункте координат, скорости подвижных объектов и расстояний между ними по измеренным дальностям от соответствующих навигационных спутников до подвижных объектов и известном профиле пути.

Кроме того, поставленная задача решается тем, что в систему контроля положения подвижных объектов, например железнодорожных составов, содержащую n навигационных спутников, диспетчерский пункт, состоящий из последовательно соединенных первой приемной антенны, приемника спутниковых сигналов, вычислительного блока, модулятора, передатчика и передающей антенны, K подвижных объектов, содержащих последовательно соединенных первую приемную антенну, приемник спутниковых сигналов и вычислительный блок, последовательно соединенные вторую приемную антенну, приемник и демодулятор, согласно изобретению, в диспетчерский пункт введены последовательно соединенные вторая приемная антенна, приемник и демодулятор, выход которого соединен с вторым входом вычислительного блока, блок управления, соединенный с вычислительным блоком, в каждый из K подвижных объектов введены последовательно соединенные модулятор, передатчик и передающая антенна, вход модулятора соединен с выходом вычислительного блока, блок управления, соединенный с вычислительным блоком, блок вывода, вход которого соединен с выходом демодулятора.

Кроме того, поставленная задача решается тем, что в систему контроля положения подвижных объектов, например железнодорожных составов, содержащую n навигационных спутников, диспетчерский пункт, состоящий из последовательно соединенных первой приемной антенны, приемника спутниковых сигналов, вычислительного блока, модулятора, передатчика и передающей антенны, K подвижных объектов, содержащих последовательно соединенные первую приемную антенну, приемник спутниковых сигналов и вычислительный блок, последовательно соединенные вторую приемную антенну, приемник и демодулятор, выход которого соединен с вторым входом вычислительного блока, первый выход вычислительного блока соединен с информационным входом приемника спутниковых сигналов, согласно изобретению, в диспетчерский пункт введены последовательно соединенные вторая приемная антенна, приемник и демодулятор, выход которого соединен с вторым входом вычислительного блока, блок управления, соединенный с вычислительным блоком, в каждый из K подвижных объектов введены последовательно соединенные модулятор, передатчик и передающая антенна, вход модулятора соединен с вторым выходом вычислительного блока, блок управления, соединенный с вычислительным блоком.

Изобретение поясняется описанием конкретных примеров его осуществления и прилагаемыми чертежами, на которых фиг. 1 - изображает структурную схему системы контроля положения подвижных объектов; фиг. 2 - схему аппаратуры, устанавливаемой на диспетчерском пункте; фиг. 3,4 - варианты схем аппаратуры, устанавливаемой на каждом из K подвижных объектов; фиг. 5 - схему варианта вычислительного блока; фиг. 6 - блок-схему алгоритма вычислительного блока аппаратуры диспетчерского пункта; фиг. 7 - блок-схему алгоритма вычислительного блока аппаратуры подвижного объекта.

Выполнение способа может быть реализовано системой, которая (фиг. 1) содержит диспетчерский пункт 1, подвижные объекты 2₁, 2₂...2_k, навигационные спутники 3₁, 3₂...3_n. Аппаратура, функционирующая на диспетчерском пункте (фиг. 2), содержит первую приемную антенну 4, соединенную с приемником спутниковых сигналов 5, последовательно соединенные вторую приемную антенну 6, приемник 7, демодулятор 8, вычислительный блок 9, модулятор 10, передатчик 11 и передающую антенну 12, блок управления 13, соединенный с вычислительным блоком 9, соединенным с выходом приемника спутниковых сигналов 5. Аппаратура, функционирующая на каждом из K подвижных объектов (фиг. 3), содержит последовательно соединенные первую приемную антенну 14, приемник спутниковых сигналов 15, вычислительный блок 16, модулятор 17, передатчик 18 и передающую антенну 19, блок управления 20, соединенный с вычислительным блоком 16, соединенным с выходом приемника спутниковых сигналов 15, последовательно соединенные вторую приемную антенну 21, приемник 22, демодулятор 23 и блок вывода 24.

Кроме того, аппаратура, функционирующая на подвижных объектах, может содержать (фиг. 4) первую приемную антенну 25, соединенную с приемником спутниковых сигналов 26, последовательно соединенные вторую приемную антенну 27, приемник 28, демодулятор 29, вычислительный блок 30, модулятор 31, передатчик 32 и передающую антенну 33, блок управления 34, соединенный с вычислительным блоком 30, вход которого соединен с выходом приемника спутниковых сигналов 26, а выход - с входом управления приемника спутниковых сигналов 26.

Способ осуществления следующим образом. На подвижных объектах 2₁, 2₂... 2_k и диспетчерском пункте 1 принимают одновременно сигналы от навигационных спутников 3₁-3_n, например системы "Навстар". Измеряют на подвижных объектах 2₁-2_k дальности от соответствующих навигационных спутников 3₁-3_n до подвижных объектов (r₁₁, r₁₂...r_1n; r₂₁, r₂₂...r_2n...; r_k1, r_k2...r_kn), которые переизлучают в пространство с подвижных объектов 2₁-2_k. На диспетчерском пункте 1 принимают сигналы, излученные с подвижных объектов 2₁-2_k. Затем на диспетчерском пункте 1 определяют по измеренным дальностям от одинаковых навигационных спутников 3₁-3_n до подвижных объектов 2₁-2_k и известном профиле пути координаты, скорости подвижных объектов 2₁-2_k и расстояния между ними для каждой группы объектов, которые переизлучают в пространство с диспетчерского пункта 1. На каждом подвижном объекте 2₁-2_k принимают сигналы, излученные с диспетчерского пункта 1 и содержащие информацию о координатах, скорости и расстояниях между соответствующими объектами.

Система контроля положения подвижных объектов работает следующим образом. На каждом из K подвижных объектов 2₁-2_k (фиг. 3) антенной 14 принимаются сигналы от навигационных спутников 3₁-3_n, которые обрабатываются в приемнике спутниковых сигналов 15. С выхода приемника 15 сигналы, в которых содержится информация о времени приема навигационного сигнала, измеренных дальностях до соответствующих навигационных спутников 3₁-3_n (например для K-го подвижного объекта - r_k1, r_k2...r_kn), поступают на вычислительный блок 16.

В вычислительном блоке 16 измеренным параметрам определяются координаты и скорость подвижного объекта, которые выводятся в блок управления 20 для индикации. С выхода блока управления 20 в вычислительный блок 16 вводится информация о номере подвижного объекта и его параметрах (например количество и типы вагонов, параметры электровоза и т.д.). Кроме того, информация от вычислительного блока 16 поступает на модулятор 17. В передатчике 18 преобразуются, усиливаются и антенной 19 излучаются сигналы, содержащие навигационную информацию от спутников 3₁-3_n, например на К-ом подвижном объекте. На диспетчерском пункте 1 (фиг. 2) сигналы от подвижных объектов 2₁-2_k принимаются антенной 6, усиливаются и преобразуются в приемнике 7, а затем выделяются на выходе демодулятора 8 сигналы, в которых содержится информация о номере подвижного объекта и его параметрах, времени приема навигационных сигналов, измеренных информационных параметрах (например дальностей от соответствующих навигационных спутников 3₁-3_n до подвижного объекта, координаты и скорость движения объекта). Данная информация вводится в вычислительный блок 9. На диспетчерском пункте 1 (фиг. 2) антенной 4 принимаются сигналы от навигационных спутников 3₁-3_n, которые обрабатываются в приемнике спутниковых сигналов 5. С выхода приемника 5 сигналы, в которых содержится информация о времени приема навигационных сигналов, измеренных дальностях до соответствующих навигационных спутников 3₁-3_n (r₁, r₂...r_n, поступают на вычислительный блок 9. С выхода блока управления 13 в вычислительный блок 9 вводится информация о местоположении диспетчерского пункта 1 и профиле пути, по которому перемещаются подвижные объекты 2₁-2_k, например железнодорожные составы. В вычислительном блоке 9 по информации, полученной с выходов блоков 5, 8, 13, определяются координаты, скорости подвижных объектов 2₁-2_k и расстояния между ними для каждой группы объектов, которые выводятся в блок управления 13 для индикации. Кроме того, информация от вычислительного блока 9 поступает на модулятор 10. В передатчике 11 преобразуются, усиливаются и антенной 12 излучаются сигналы, содержащие информацию о параметрах движения подвижных объектов 2₁-2_k. На каждом из K подвижных объектов 2₁-2_k (фиг. 3) сигналы от диспетчерского пункта 1 принимаются антенной 21, усиливаются и преобразуются в приемнике 22, а затем выделяются на выходе демодулятора 23 сигналы, содержащие информацию о расстояниях между подвижными объектами, например для железнодорожных составов расстояния между заданным составом и впереди, а также сзади идущими составами. Данная информация выводится в блок вывода 24 для индикации и сигнализации обстановки. Затем цикл работы системы повторяется.

Кроме описанного режима система контроля положения подвижных объектов с высокой точностью работает следующим образом. На диспетчерском пункте 1 (фиг. 2) антенной 4 принимаются сигналы от навигационных спутников 3₁-3_n, которые обрабатываются в приемнике спутниковых сигналов 5. С выхода приемника 5 сигналы, в которых содержится информация о времени приема навигационных сигналов, измеренных дальностях до соответствующих спутников 3₁-3_n (r₁, r₂.. . r_n), поступают на вычислительный блок 9. С выхода блока управления 13 в вычислительный блок 9 вводится информация о местоположении диспетчерского пункта и подвижных объектов 2₁-2_k, а также профиле пути, по которому перемещаются подвижные объекты. В вычислительном блоке 9 по информации, полученной с выходов блоков 5, 13, определяются навигационные спутники, сигналы которых необходимо использовать на подвижных объектах 2₁-2_k с целью определения их местоположения. Информация от вычислительного блока 9 поступает на модулятор 10. В передатчике 11 преобразуются, усиливаются и антенной 12 излучаются сигналы, содержащие информацию о спутниках, необходимых для работы на подвижных объектах.

На каждом из K подвижных объектах (фиг. 4) сигналы с диспетчерского пункта 1 принимаются антенной 27, усиливаются и преобразуются в приемнике 28, а затем выделяются на выходе демодулятора 29 сигналы, содержащие информацию о принимаемых спутниках. Данная информация выводится в вычислительный блок 30. С выхода вычислительного блока 30 информация о параметрах навигационных спутников 3 поступает в приемник спутниковых сигналов 26 для целеуказания созвездия навигационных спутников, сигналы которых необходимо принимать.

На каждом из K подвижных объектов (фиг. 4) антенной 25 принимаются сигналы от навигационных спутников, которые обрабатываются в приемнике спутниковых сигналов 26. С выхода приемника 26 сигналы, в которых содержится информация о времени приема навигационного сигнала, измеренных дальностях до указанных с диспетчерского пункта 1 спутников, поступают на вычислительный блок 30. В вычислительном блоке 30 по измеренным параметрам определяются координаты и скорость подвижного объекта, которые выводятся в блок управления 34 для индикации. С выхода блока управления 34 в вычислительный блок 30 вводится информация о номере подвижного объекта и его параметрах (например количество и типы вагонов, параметры электровоза и т.д.) Кроме того, информация от вычислительного блока 30 поступает на модулятор 31. В передатчике 32 преобразуются, усиливаются и антенной 33 излучаются сигналы, содержащие навигационную информацию от спутников 3₁-3_n, например на K-ом подвижном объекте. На диспетчерском пункте 1 (фиг. 2) сигналы от подвижных объектов 2₁-2_k принимаются антенной 6, усиливаются и преобразуются в приемнике 7, а затем выделяются на выходе демодулятора 8 сигналы, в которых содержится информация в номере подвижного объекта и его параметрах, времени приема навигационных сигналов, измеренных информационных параметрах, (например дальностей от соответствующих навигационных спутников 3₁-3_n до подвижного объекта, координаты и скорость движения объекта). Данная информация вводится в вычислительный блок 9.

В вычислительном блоке 9 по информации, полученной с выходов блоков 5, 8, 13, определяются поправки Δr к измеренным дальностям r₁₁, r₁₂...r_1n; r₂₁, r₂₂. . . r_2n; r_k1,r_k2...r_kn) до подвижных объектов. По скорректированным результатам измерений в вычислительном блоке 9 определяются с высокой точностью координаты, скорости подвижных объектов 2₁-2_k и расстояния между ними для каждой группы объектов, которые выводятся в блок управления 13 для индикации. Кроме того, информация от вычислительного блока 9 поступает на модулятор 10. В передатчике 11 преобразуются, усиливаются и антенной 12 излучаются сигналы, содержащие информацию о параметрах движения подвижных объектов 2₁-2_k.

На каждом из K подвижных объектов 2₁-2_k (фиг. 4) сигналы с диспетчерского пункта 1 принимаются антенной 27, усиливаются и преобразуются в приемнике 28, а затем на выходе демодулятора 29 сигналы, содержащие информацию о расстояниях между подвижными объектами, координатах и скорости движения с высокой точностью. Данная информация выводится в вычислительный блок 30, а с выхода вычислительного блока 30 информация выводится в блок управления 34 для индикации и сигнализации обстановки подвижного состава. Затем цикл работы системы повторяется. Алгоритмы расчета положений точек 1,2₁-2_k приведены, например, в [2] на с.46, в [3] на с. 62. Алгоритмы расчета положений точек 2₁-2_k с высокой точностью на основании информации, полученной в точке 1, приведены, например, в [2] на с. 285.

Вычислительный блок 9, 16, 30 может быть реализован как на элементах "жесткой" (непрограммируемой) логики, так и на основе микропроцессора по типовой структуре, описанной, например, в [4] на с. 203.

Структурная схема варианта вычислительного блока 9, 16, 30 приведена на фиг. 5. Дешифратор 28 обеспечивает выбор постоянного 36 или оперативного 37 запоминающим элементов, в которых хранятся программы, константы или текущая информация соответственно. Микропроцессорный модуль 35 выполняет обработку и обмен информацией в соответствии с блок-схемой (фиг. 6,7) и связан с блоками 36-38 шиной адреса (ША) и информационной шиной данных (ШД), может иметь управляющие выходы с сигналами "чтение" и "запись" для управления постоянным 36 и оперативным 37 запоминающим элементами соответственно, "вывод" - например, для вывода информации по шине ШД в блок 10, вход "запрос прерывания" для ввода информации в вычислительный блок 35 от блоков 5, 8, 13.

При реализации вычислительного блока 9, 16, 30 на базе микропроцессора K 580 микропроцессорный модуль 35 состоит из трех БИС-центрального процессора K 580 И K 80, системного контроллера K 580 BK 88, тактового генератора K 580 ГФ 24.

Приемники спутниковых сигналов 5, 15, 26 могут быть выполнены в соответствии с рис. 1.14 [5], рис. 38 [3], рис. 9.5 [2]. Реализации отдельных блоков аппаратуры, расположенной на подвижном объекте и диспетчерском пункте, описаны, например, в [2, 3, 5].

Длительность цикла работы системы выбирается таким образом, чтобы успевали выполняться прием, измерения, передача навигационной и измерительной информации.

Таким образом, в предлагаемом изобретении повышается точность определения расстояний между подвижными объектами путем определения на диспетчерском пункте координат, скорости подвижных объектов и расстояний между ними.

Формула изобретения

1. Способ контроля положения подвижных объектов, например подвижных железнодорожных составов, заключающийся в приеме на подвижном объекте и диспетчерском пункте сигналов от навигационных спутников, измерении на подвижном объекте и диспетчерском пункте дальностей от соответствующих навигационных спутников, отличающийся тем, что одновременно принимают сигналы от навигационных спутников по крайней мере еще на одном подвижном объекте, измеряют на нем дальности от соответствующих навигационных спутников, переизлучают полученные параметры с подвижных объектов, принимают на диспетчерском пункте сигналы, излученные с подвижных объектов, и определяют координаты, скорости подвижных объектов и расстояния между ними для каждой группы объектов по одинаковым навигационным спутникам, переизлучают полученные параметры с диспетчерского пункта, принимают на подвижных объектах сигналы, излученные с диспетчерского пункта и содержащие информацию о координатах, скорости и расстояниях между объектами.

2. Система для контроля положения подвижных объектов, например подвижных железнодорожных составов, содержащая n навигационных спутников, диспетчерский пункт, состоящий из последовательно соединенных первой приемной антенны, приемника спутниковых сигналов, вычислительного блока, модулятора, передатчика и передающей антенны, К подвижных объектов, содержащих последовательно соединенные первую приемную антенну, приемник спутниковых сигналов и вычислительный блок, последовательно соединенные вторую приемную антенну, приемник и демодулятор, отличающаяся тем, что в диспетчерский пункт введены последовательно соединенные вторая приемная антенна, приемник и демодулятор, выход которого соединен с вторым входом вычислительного блока, блок управления, соединенный с вычислительным блоком, в каждый из К подвижных объектов введены последовательно соединенные модулятор, передатчик и передающая антенна, вход модулятора соединен с выходом вычислительного блока, блок управления, соединенный с вычислительным блоком, блок вывода, вход которого соединен с выходом демодулятора.

3. Система для контроля положения подвижных объектов, например подвижных железнодорожных составов, содержащая n навигационных спутников, диспетчерский пункт, состоящий из последовательно соединенных первой приемной антенны, приемника спутниковых сигналов, вычислительного блока, модулятора, передатчика и передающей антенны, К подвижных объектов, содержащих последовательно соединенные первую приемную антенну, приемник спутниковых сигналов и вычислительный блок, последовательно соединенные вторую приемную антенну, приемник и демодулятор, выход которого соединен с вторым входом вычислительного блока, первый выход вычислительного блока соединен с информационным входом приемника спутниковых сигналов, отличающаяся тем, что в диспетчерский пункт введены последовательно соединенные вторая приемная антенна, приемник и демодулятор, выход которого соединен с вторым входом вычислительного блока, блок управления, соединенный с вычислительным блоком, в каждый из К подвижных объектов введены последовательно соединенные модулятор, передатчик и передающая антенна, вход модулятора соединен с вторым выходом вычислительного блока, блок управления, соединенный с вычислительным блоком.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7