Устройство для учета рейсов автосамосвалов

 

Предлагаемое устройство относится к области технических средств контроля и регистрации рейсов, может быть использовано при перевозке твердых бытовых отходов и сыпучих грузов автосамосвалами. Технический результат изобретения заключается в повышении помехоустойчивости и избирательности панорамного приемника путем подавления ложных сигналов. Устройство содержит на каждом контролируемом объекте датчик давления, датчик положения кузова, элемент, блок кодирования, передатчик, датчик расхода топлива, датчик пройденного пути, генератор высокой частоты, фазовый манипулятор, усилитель мощности и передающую антенну 16, а на пункте контроля панорамный приемник, дешифратор, блок регистрации, элемент запрета, формирователь длительности импульсов, приемную антенну, усилитель высокой частоты, блок поиска, первый гетеродин, первый смеситель, первый усилитель промежуточной частоты, амплитудный детектор, первый и второй перемножители, узкополосный фильтр, фильтр нижних частот, первый ключ, частотомер, счетчик расхода топлива, счетчик пройденного пути, дополнительный блок регистрации, второй смеситель, второй усилитель промежуточной частоты, коррелятор, пороговый блок и второй ключ. 2 ил.

Предлагаемое устройство относится к области технических средств контроля и регистрации рейсов, может быть использовано при перевозке твердых бытовых отходов и сыпучих грузов автосамосвалами.

Известны устройства для учета перевозимого груза автосамосвалами, мусоровозами, автотягами и т.п. (авт. свид. СССР №№215536, 477330, 498636, 696508, 769581, 830447, 1123041; патент РФ №2184992. Храмцов Ю.В., Фигурнов Н.В., Шур О.З. Современные методы получения и обработки экспериментальных данных при испытаниях автомобилей. НИИНавтопром. - М.: 1975 и др.).

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является “Устройство для учета рейсов автосамосвалов” (патент РФ №2184992, G 07 С 5/08, 2000), которое и выбрано в качестве прототипа.

Указанное устройство обеспечивает учет рейсов автосамосвалов, позволяет контролировать и регистрировать расход топлива и пройденный путь автосамосвалами.

Однако в панорамном приемнике, входящем в состав пункта контроля, одно и то же значение промежуточной частоты f_пp может быть получено в результате приема сигналов на двух частотах f₁ и f₃, т.е.

f_пp=f_г1–f₁ и f_пp=f_з1–f_г1.

Следовательно, если частоту настройки f₁ принять за основной канал приема, то наряду с ним будет иметь место зеркальный канал приема, частота fз1 которого отличается от частоты f₁ на 2f_np и расположена симметрично (зеркально) относительно частоты гетеродина f_г1. Преобразование по зеркальному каналу приема происходит с тем же коэффициентом преобразования К_пр, что и по основному каналу. Поэтому он наиболее существенно влияет на избирательность и помехоустойчивость панорамного приемника.

Кроме зеркального существуют и другие дополнительные (комбинационные) каналы приема. В общем виде любой комбинационный канал приема имеет место при выполнении условия

f_np=|±mf_кi±nf_г1|,

где f_кi - частота i-го комбинационного канала приема;

m, n, i - целые положительные числа.

Наиболее вредными комбинационными каналами приема являются каналы, образующиеся при взаимодействии несущей частоты принимаемого сигнала с гармониками частоты гетеродина малого порядка (второй, третьей и т.д.), так как чувствительность панорамного приемника по этим каналам близка к чувствительности основного канала. Так, два комбинационных канала при m=1 и n=1 соответствуют частотам

f_k1=2f_г1-f_пp и f_к2=2f_г1+f_пp.

Наличие ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам, приводит к снижению помехоустойчивости и избирательности панорамного приемника.

Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости и избирательности панорамного приемника путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам.

Поставленная задача решается тем, что устройство для учета рейсов автосамосвалов, содержащее на каждом контролируемом автосамосвале последовательно включенные датчик давления, первый элемент И, второй вход которого соединен с выходом датчика положения кузова, блок кодирования, второй и третий входы которого соединены с выходами датчика расхода топлива и датчика пройденного пути соответственно, фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с выходом генератора высокой частоты, усилитель мощности и передающую антенну, а на пункте контроля последовательно включенные приемную антенну, усилитель высокой частоты, первый смеситель, второй вход которого через первый гетеродин соединен с выходом блока поиска, и первый усилитель промежуточной частоты, последовательно включенные первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, узкополосный фильтр, второй перемножитель и фильтр нижних частот, выход которого подключен к дешифратору, к выходам которого подключены по числу контролируемых автосамосвалов исполнительные блоки, каждый из которых состоит из последовательно подключенных к дешифратору элемента запрета, блока регистрации и формирователя длительности импульсов, выход которого соединен с запрещающим входом элемента запрета, последовательно подключенные к второму выходу первого гетеродина первый ключ, второй вход которого соединен с выходом амплитудного детектора, частотомер и дополнительный блок регистрации, второй, третий и четвертый входы которого соединены непосредственно и через счетчик расхода топлива и счетчик пройденного пути с соответствующими выходами дешифратора, при этом передающие антенны контролируемых автосамосвалов через каналы радиосвязи соединены с приемной антенной пункта контроля, снабжено вторым гетеродином, вторым смесителем вторым усилителем промежуточной частоты, коррелятором, пороговым блоком и вторым ключом, причем к выходу усилителя высокой частоты последовательно подключены второй смеситель, второй вход которого через второй гетеродин соединен с выходом блока поиска, второй усилитель промежуточной частоты, коррелятор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, пороговый блок и второй ключ, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, а выход подключен к входам амплитудного детектора, первого и второго перемножителей, частоты гетеродинов разнесены на удвоенное значение промежуточной частоты

f_г2-f_г1=2f_пp,

выбраны симметричными относительно несущей частоты основного канала

f₁-f_г1=f_г2-f₁=f_пp

и перестраиваются синхронно.

Структурная схема предлагаемого устройства представлена на фиг.1. Частотная диаграмма, поясняющая процесс образования дополнительных каналов приема, изображена на фиг.2.

Устройство содержит на каждом контролируемом объекте последовательно включенные датчик 1 давления, элемент И 3, второй вход которого соединен с выходом датчика 2 положения кузова, блок 4 кодирования, второй и третий входы которого соединены с выходами датчика 11 расхода топлива и датчика 12 пройденного пути соответственно, фазовый манипулятор 14, второй вход которого соединен с выходом генератора 13 высокой частоты, усилитель 15 мощности и передающую антенну 16. Генератор 13 высокой частоты, фазовый манипулятор 14 и усилитель 15 мощности образуют передатчик 5.

Устройство содержит на пункте контроля последовательно включенные приемную антенну 17, усилитель 18 высокой частоты, первый смеситель 21, второй вход которого через первый гетеродин 20 соединен с выходом блока 19 поиска, первый усилитель 22 промежуточной частоты, второй ключ 38, первый перемножитель 24, второй вход которого соединен с выходом фильтра 27 нижних частот, узкополосный фильтр 26, второй перемножитель 25, второй вход которого соединен с выходом ключа 38, и фильтр 27 нижних частот, выход которого подключен к дешифратору 7, к выходам которого подключены по числу контролируемых автосамосвалов исполнительные блоки, каждый из которых состоит из последовательно подключенных к дешифратору 7 элемента запрета 9 блока 8 регистрации и формирователя 10 длительности импульсов, выход которого соединен с запрещающим входом элемента запрета 9. К второму выходу первого гетеродина 20 последовательно подключены первый ключ 28, второй вход которого через амплитудный детектор 23 соединен с выходом второго ключа 38, частотомер 29 и дополнительный блок 32 регистрации, второй, третий и четвертый входы которого соединены непосредственно и через счетчик 30 расхода топлива, и счетчик 31 пройденного пути с соответствующими выходами дешифратора 7. К выходу усилителя 18 высокой частоты последовательно подключены второй смеситель 34, второй вход которого через второй гетеродин 33 соединен с выходом блока 19 поиска, второй усилитель 35 промежуточной частоты, коррелятор 36, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя 22 промежуточной частоты, и пороговый блок 37, выход которого соединен с вторым входом ключа 38.

Устройство работает следующим образом.

При подъеме кузова с грузом давление в масляной магистрали подъема кузова увеличивается, датчик 1 давления выдает сигнал в элемент И 3. Последний выдает сигнал только тогда, когда в него поступит также сигнал от датчика 2 положения кузова, который выдает сигнал лишь при поднятом в верхнее положение кузове. При наличии двух сигналов от датчика 1 давления и датчика 2 положения кузова элемент И 3 выделяет сигнал, который поступает на первый вход блока 4 кодирования.

При движении автосамосвала сигналы от датчика 11 расхода топлива и датчика 12 пройденного пути в виде серии импульсов также поступают на второй и третий входы блока 4 кодирования. Блок 4 кодирования формирует модулирующий код ₁(t), в котором “зашита” информация о номерном знаке автосамосвала, количестве подъемов кузова с грузом, расходе топлива и пройденном пути. Модулирующий код M₁(t) содержит N элементарных посылок длительностью τэ. При этом первые n элементарных посылок несут в цифровом виде информацию о номерном знаке автосамосвала, m элементарных посылок отводятся количеству подъемов кузова с грузом, l элементарных посылок сообщают о расходе топлива и z элементарных посылок отражают пройденный путь автосамосвалом (N=n+m+l+z).

Модулирующий код M₁(t) с выхода блока 4 кодирования поступает на первый вход фазового манипулятора 14, на второй вход которого подается гармоническое колебание с выхода генератора 13

U₁(t)=V₁·Cos(2πf₁t+ϕ₁), 0≤t≤T₁,

где V₁, f₁, ϕ₁, T₁ - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность колебания.

На выходе фазового манипулятора 14 образуется фазоманипулированный (ФМН) сигнал

U₂(t)=V₁·Cos[2πf₁t+ϕ_к1(t)+ϕ₁], 0≤t≤T₁,

где ϕ_к1(t)={0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M₁(t), причем ϕ_к1(t)=const при Кτэ<t<(К+1)·τэ и может изменяться скачком при t=Кτэ, т.е. на границах между элементарными посылками (К=1,2,...,N-1),

τэ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью T₁(T=N Тэ),

который после усиления в усилителе 15 мощности с помощью передающей антенны 16 излучается в эфир.

Следует отметить, что каждому автосамосвалу присущи свои модулирующий код Mi(t) и несущая частота

fi·(i=1,2,...,S),

где S - количество контролируемых автосамосвалов.

На пункте контроля поиск ФМН-сигналов, принадлежащих различным автосамосвалам, осуществляется с помощью панорамного приемника 6. Для этого блок поиска 19 периодически с периодом Тп по пилообразному закону синхронно изменяет частоты f_г1 и f_г2 гетеродинов 20 и 33.

Принимаемый ФМН-сигнал U₂(t) с выхода приемной антенны 17 через усилитель 18 высокой частоты поступает на первые входы смесителей 21 и 34, на вторые входы которых подаются напряжения гетеродинов 20 и 33:

U_г1(t)=V_г1·Cos(2πf_г1t+πγ·t²+ϕ_г1),

U_г2(t)=V_г2·Cos(2πf_г2t+πγ·t²+ϕ_г2), 0≤t≤Tп,

где U_г1, U_г2, f_г2, f_г2, ϕ_г1, ϕ_г2, Тп - амплитуды, начальные частоты, начальные фазы и период повторения напряжений гетеродинов,

γ=Df/Tп - скорость изменения частот гетеродинов (скорость просмотра заданного диапазона частот Df).

При этом частоты f_г1 и f_г2 гетеродинов 20 и 33 разнесены на удвоенное значение промежуточной частоты

f_г2-f_г1=2f_пр,

выбраны симметричными относительно несущей частоты f₁ основного канала

f₁-f_г1=f_г2-f₁=f_пр

и перестраиваются синхронно (фиг.2).

Это обстоятельство приводит к удвоению числа дополнительных каналов приема, но создает благоприятные условия для их подавления за счет корреляционной обработки канальных напряжений.

На выходе смесителей 21 и 34 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 22 и 35 промежуточной частоты выделяются следующие напряжения:

U_пр1(t)=V_пр1·Cos[2π·f_пр·t+ϕ_к1(t)-π·γ·t²+ϕ_пр1],

U_пр2(t)=V_пр2·Cos[2π·f_пр·t-ϕ_к1(t)+π·γ·t²+ϕ_пр2], 0≤t≤T₁,

где V_пр1=1/2K₁·V₁·V_г1;

V_пр2=1/2K₁·V₁·V_г2;

f_пр=f₁-f_г1=f_г2-f₁ - промежуточная частота;

ϕ_пр1=ϕ₁-ϕ_г1; ϕ_пр2=ϕ_г2-ϕ₁;

которые представляют собой сложные сигналы с комбинированной фазовой манипуляцией и линейной частотной модуляцией (ФМН-ЛЧМ).

Эти напряжения поступают на два входа коррелятора 36, на выходе которого образуется корреляционная функция R(τ), которая сравнивается с пороговым уровнем U_nop в пороговом блоке 37. Пороговый уровень U_nop превышается только при максимальном значении корреляционной функции R(τ).

Так как канальные напряжения U_пр1(t) и U_пр2(t) образуются одним и тем же сложным ФМН-сигналом U₂(t), принимаемым по двум каналам на одной и той же частоте f₁, то между указанными канальными напряжениями существует сильная корреляционная связь. Корреляционная функция R(τ) ФМН-сигналов имеет ярко выраженный главный лепесток, который превышает пороговый уровень U_пор в пороговом блоке 37. При превышении порогового уровня U_пор в пороговом блоке 37 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 38, открывая его. В исходном состоянии ключи 28 и 38 всегда закрыты.

При этом напряжение U_пр1(t) с выхода усилителя 22 промежуточной частоты через открытый ключ 38 поступает на входы перемножителей 24 и 25. На второй вход перемножителя 25 подается напряжение с выхода узкополосного фильтра 26

U₃(t)=V₃·Cos[2π·f_пр·t-π·γ·t²+ϕ_пр1], 0≤t≤T₁.

На выходе перемножителя 25 образуется низкочастотное напряжение U_н(t)=V_н·Cosϕ_к1(t),

где V_н=1/2К₂·V_пр1·V₃,

K₂ - коэффициент передачи перемножителя;

пропорциональное модулирующему коду M₁(t).

Это напряжение поступает на второй вход перемножителя 24, на выходе которого образуется напряжение U₃(t), выделяющееся узкополосным фильтром 26.

Напряжение U_н(t) одновременно с выхода фильтра 27 нижних частот поступает на вход дешифратора 7, который в зависимости от кода транспортного средства выдает сигнал через элемент 9 запрета на вход блока 8 регистрации. Блок 8 регистрации, получив и запомнив сигнал, что рейс произведен, выдает сигнал на формирователь 10, который закрывает с помощью элемента запрета 9 вход блока 8 регистрации от дешифратора 7 на минимальное время рейса, исключая ложный зачет рейса в блоке 8 регистрации при повторном поднятии кузова в случае налипания материала на стенки кузова. Кроме того, при подъеме порожнего кузова датчик 1 давления не выдает сигнала.

Напряжение U_пр1(t) одновременно поступает на вход амплитудного детектора 23, который выделяет его огибающую. Последняя поступает на управляющий вход ключа 28, открывая его. При этом напряжение гетеродина 20 через открытый ключ 28 поступает на вход частотомера 29, где измеряется несущая частота f₁ принимаемого ФМН-сигнала

f₁=f’_г1+f_пр,

где f’_г1 - частота первого гетеродина в данный момент времени.

Измеренное значение несущей частоты фиксируется дополнительным блоком 32 регистрации, где одновременно фиксируются бортовой номер автосамосвала, пройденный им путь и расход топлива.

Рассмотренная выше работа устройства соответствует случаю приема полезных ФМН-сигналов по основному каналу на частоте ₁.

Если ложный сигнал (помеха) принимается по первому зеркальному каналу на частоте fз₁, то в смесителях 21 и 34 он преобразуется в напряжения следующих частот:

f_з11=f’_г1+γ₁·t-f_з1=f_пр+γ₁·t;

f_з12=f’_г2+γ₁·t-f_з1=3f_пр+γ₁·t;

f⁽²⁾_з=2f’_г1+2γ₁-f_з1;

f⁽²⁾_з=2f’_г2+2γ₁-f_з1,

где индекс в степени обозначает вторую гармонику частот гетеродинов.

Однако только напряжение с частотой f_з11 попадает в полосу пропускания Δf₁ усилителя 22 промежуточной частоты.

Выходное напряжение коррелятора 36 равно нулю, ключ 38 не открывается и ложный сигнал (помеха), принимаемый по первому зеркальному каналу на частоте f_з1, подавляется.

По аналогичной причине подавляются и ложные сигналы (помехи), принимаемые по второму зеркальному каналу на частоте f_з2, по первому комбинационному каналу на частоте F_К1 и по другим дополнительным каналам.

Если ложные сигналы (помехи) одновременно принимаются по первому и второму зеркальным каналам на частотах f_з1 и f_з2, то напряжения попадают в полосы пропускания Δf₁ и Δf₂ усилителей 22 и 35 промежуточной частоты.

Но ключ 38 в этом случае не открывается. Это объясняется тем, что разные ложные сигналы (помехи) принимаются на разных частотах f_з1, и f_з2, поэтому между канальными напряжениями существует слабая корреляционная связь. Кроме того, следует отметить, что корреляционная функция помех не имеет ярко выраженного главного лепестка, как это имеет место у сложных ФМН-сигналов. Выходное напряжение коррелятора 36 в этом случае не превышает порогового уровня U_пор в пороговом блоке 37, ключ 38 не открывается и ложные сигналы (помехи), принимаемые одновременно по первому и второму зеркальным каналам на частотах f_з1 и f_з2, подавляются.

По аналогичной причине подавляются и ложные сигналы (помехи), принимаемые одновременно по двум другим дополнительным каналам.

Для передачи эксплуатационных показателей транспортных средств на пункт контроля используются сложные ФМН-сигналы, обладающие высокой энергетической и структурной скрытностью.

Таким образом, предлагаемое устройство по сравнению с прототипом обеспечивает повышение помехоустойчивости и избирательности панорамного приемника. Это достигается путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам, за счет корреляционной обработки.

Формула изобретения

Устройство для учета рейсов автосамосвалов, содержащее на каждом контролируемом автосамосвале последовательно включенные датчик давления, элемент И, второй вход которого соединен с выходом датчика положения кузова, блок кодирования, второй и третий входы которого соединены с выходами датчика расхода топлива и датчика пройденного пути соответственно, фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с выходом генератора высокой частоты, усилитель мощности и передающую антенну, а на пункте контроля последовательно включенные приемную антенну, усилитель высокой частоты, первый смеситель, второй вход которого через первый гетеродин соединен с выходом блока поиска, и первый усилитель промежуточной частоты, последовательно включенные первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, узкополосный фильтр, второй перемножитель и фильтр нижних частот, выход которого подключен к дешифратору, к выходам которого подключены по числу контролируемых автосамосвалов исполнительные блоки, каждый из которых состоит из последовательно подключенных к дешифратору элемента запрета, блока регистрации и формирователя длительности импульсов, выход которого соединен с запрещающим входом элемента запрета, последовательно подключенные к второму выходу первого гетеродина первый ключ, второй вход которого соединен с выходом амплитудного детектора, частотомер и дополнительный блок регистрации, второй, третий и четвертый входы которого соединены непосредственно и через счетчик расход топлива и счетчик пройденного пути с соответствующими выходами дешифратора, при этом передающие антенны контролируемых автосамосвалов через каналы радиосвязи соединены с приемной антенной пункта контроля, отличающееся тем, что оно снабжено вторым гетеродином, вторым смесителем, вторым усилителем промежуточной частоты, коррелятором, пороговым блоком и вторым ключом, причем к выходу усилителя высокой частоты последовательно подключены второй смеситель, второй вход которого через второй гетеродин соединен с выходом блока поиска, второй усилитель промежуточной частоты, коррелятор, второй выход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, пороговый блок и второй ключ, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, а выход подключен к выходам амплитудного детектора, первого и второго перемножителей, частоты гетеродинов разнесены на удвоенное значение промежуточной частоты

выбраны симметричными относительно несущей частоты основного канала

и перестраиваются синхронно.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2