Компьютерная система управления портовым контейнерным терминалом - RU2656972C1

Чертежи

Описание

Предлагаемая система относится к области материально-технического обеспечения, в частности к автоматизированным системам для упорядочного транспортирования и складирования контейнеров различного назначения, и может быть использована для принятия решений на всех уровнях управления и контроля за погрузочно-разгрузочными и транспортно-складскими процессами с использованием компьютерной техники и радиочастотных меток.

Для механизации и автоматизации погрузочно-разгрузочных работ применяются робототехнические комплексы, управляемые компьютерной техникой (авт. свид. СССР №№830.304, 911.464, 930.254, 1.233.105, 1.276.594, 1.780.080; патенты РФ №№2.094.853, 2.113.012, 2.122.239, 2.172.524, 2.435.228; патент США №5.574.648; патент Франции №2.438.877 и другие).

Из известных систем и устройств наиболее близкой к предлагаемой является «Компьютерная система управления портовым транспортным терминалом» (патент РФ №2.435.228, G08G 1/123, 2010), которая и выбрана в качестве базового объекта. Указанная система содержит диспетчерский геодезический пункт, на котором установлены приемник GPS-сигналов с антенной, передающая радиостанция и дуплексная радиостанция, погрузчики и трейлеры, на каждом из которых установлены дуплексная радиостанция, первый приемник с антенной, предназначенный для получения дифференциальных поправок с диспетчерского геодезического пункта, второй приемник с антенной, предназначенный для приема навигационного GPS-сигнала. Между геодезическим пунктом и каждым погрузчиком и трейлером установлены пейджинговая и двухсторонняя радиосвязи. Каждый контейнер снабжен радиочастотной меткой, выполненной в виде пьезокристалла с нанесенными на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем (ВШП) поверхностных акустических волн (ПАВ) и набором отражателей. ВШП состоит из двух гребенчатых систем электродов, нанесенных на поверхность пьезокристалла.

В известной системе используются приемники, построенные по супергетеродинной схеме, в которых одно и то же значение второй промежуточной частоты ω_пр2 может быть получено в результате приема на следующих частотах: ω₁, ω₂, ω_з1 и ω_з2, т.е.

ω_пр2=ω₁-ω_г1, ω_пр2=ω_г2-ω₂,

ω_пр2=ω_г1-ω_з1, ω_пр2=ω_з2-ω_г2.

Следовательно, если частоты настройки ω₁ и ω₂ принять за основные каналы приема, то наряду с ними будут присутствовать и зеркальные каналы приема частоты ω_з1 и ω_з2, которые расположены симметрично (зеркально) относительно частоты ω_г1 и ω_г2 гетеродинов (фиг. 3).

Преобразование по зеркальным каналам происходит с тем же коэффициентом преобразования К_пр, что и по основным каналам приема. Поэтому они наиболее существенно влияют на избирательность и помехоустойчивость приемников.

Кроме зеркальных существуют и другие дополнительные (комбинационные) каналы приема.

В общем виде любой комбинационный канал приема имеет место при выполнении условий:

ω_кi=(±mω_кi±nω_г1),

ω_кj=(±mω_кj±nω_г2),

где ω_кi, ω_кj - частоты i-го и j-го комбинационных каналов приема;

m, n, i, j - целые положительные числа.

Наиболее вредными комбинационными каналами приема являются каналы, образующиеся при взаимодействии первой гармоники частоты сигнала с гармониками частоты гетеродинов малого порядка (второй, третьей), так как чувствительность приемников по этим каналам близка к чувствительности основных каналов.

Так, четырем комбинационным каналам при m=1 и n=2 соответствуют частоты:

ω_к1=2ω_г1-ω_пр2, ω_к3=2ω_г2-ω_пр4,

ω_к2=2ω_г1+ω_пр2, ω_к4=2ω_г2+ω_пр2.

Наличие ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам, приводит к снижению избирательности, помехоустойчивости и надежности дуплексной радиосвязи между диспетчерским геодезическим пунктом и погрузчиками и трейлерами.

Технической задачей изобретения является повышение избирательности помехоустойчивости и надежности дуплексной радиосвязи между диспетчерским геодезическим пунктом и погрузчиками и трейлерами путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам.

Поставленная задача решается тем, что компьютерная система управления портовым контейнерным терминалом, содержащая, в соответствии с ближайшим аналогом, диспетчерский геодезический пункт, на котором установлены приемник GPS-сигналов с антенной, предназначенный для приема навигационного сигнала, используемого для вычисления дифференциальных поправок, передающая радиостанция, предназначенная для передачи дифференциальных поправок на погрузчики и трейлеры, и дуплексная радиостанция, на каждом погрузчике установлена дуплексная радиостанция, первый приемник с антенной, предназначенный для получения дифференциальных поправок с диспетчерского пункта, и второй приемник с антенной, предназначенный для приема навигационного GPS-сигнала, используемого для вычисления дифференциальных поправок, при этом между диспетчерским геодезическим пунктом и каждым погрузчиком и трейлером установлены пейджинговая и двухсторонняя радиосвязи непосредственно и/или через систему приема и передачи информации, дуплексная радиостанция, размещенная на диспетчерском геодезическом пункте, содержит последовательно включенные компьютер, первый задающий генератор, первый фазовый манипулятор, второй вход которого через источник дискретного сообщения соединен с компьютером, первый амплитудный модулятор, второй вход которого через источник аналогового сообщения соединен с компьютером, первый смеситель, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, первый усилитель первой промежуточной частоты, первый усилитель мощности, первый дуплексер, вход-выход которого связан с первой приемопередающей антенной, второй усилитель мощности, второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, и первый усилитель второй промежуточной частоты, последовательно включенные, первый усилитель-ограничитель, первый синхронный детектор, компьютер и блок регистрации, последовательно подключенные к выходу первого усилителя-ограничителя первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, первый полосовой фильтр и первый фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, а выход подключен к компьютеру, передающая радиостанция содержит последовательно включенные второй задающий генератор, второй фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с прибором дифференциальных поправок, подключенным к выходу приемника GPS-сигналов с антенной, третий усилитель мощности и передающую антенну, дуплексная радиостанция, размещенная на каждом погрузчике и трейлере, содержит последовательно включенные микропроцессор, к которому подключены датчик номера погрузчика или трейлера и датчик погрузки-разгрузки погрузчика или трейлера, третий задающий генератор, третий фазовый манипулятор, второй амплитудный модулятор, второй вход которого соединен с микропроцессором, третий смеситель, второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина, второй усилитель второй промежуточной частоты, четвертый усилитель мощности, второй дуплексер, вход-выход которого связан со второй приемопередающей антенной, пятый усилитель мощности, четвертый смеситель, второй вход которого соединен с выходом четвертого гетеродина, второй усилитель первой промежуточной частоты, последовательно включенные второй синхронный детектор и микропроцессор, последовательно подключенные к выходу второго усилителя-ограничителя второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом четвертого гетеродина, второй полосовой фильтр и второй фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина, а выход подключен к микропроцессору, первый приемник, размещенный на каждом погрузчике и трейлере, содержит последовательно включенные вторую приемную антенну, усилитель высокой частоты, первую линию задержки, третий фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты, и блок определения местоположения погрузчика или трейлера, второй вход и выход которого подключены к микропроцессору дуплексной радиостанции, второй приемник с третьей приемной антенной, размещенный на каждом погрузчике и трейлере, подключен к микропроцессору дуплексной радиостанции, к выходу третьего задающего генератора последовательно подключены шестой усилитель мощности, третий дуплексер, вход-выход которого связан с третьей приемопередающей антенной, седьмой усилитель мощности, четвертый фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом третьего задающего генератора, коррелятор, вход которого соединен с микропроцессором, первый пороговый блок, первый ключ, второй вход которого соединен с выходом четвертого фазового детектора, вторая линия задержки, сумматор, второй и третий входы которого соединены со вторым выходом датчика номера погрузчика или трейлера и микропроцессором соответственно, а выход подключен ко второму входу третьего фазового манипулятора, к выходу первого порогового блока подключены световой и звуковой маячки, к выходу первого ключа подключен второй блок регистрации, каждый контейнер снабжен радиочастотной меткой, выполненной в виде пьезокристалла с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем поверхностных акустических волн и набором отражателей, причем встречно-штыревой преобразователь состоит из двух гребенчатых систем электродов, нанесенных на поверхность пьезокристалла, электроды каждой из гребенок соединены друг с другом шинами, которые в свою очередь соединены с микрополосковой приемопередающей антенной, изготовленной также на поверхности пьезокристалла, отличается от ближайшего аналога тем, что дуплексная радиостанция, размещенная на диспетчерском геодезическом пункте, снабжена первым колебательным контуром, первым узкополосным фильтром, первым амплитудным детектором, вторым пороговым блоком и вторым ключом, причем к выходу второго усилителя мощности последовательно подключены первый колебательный контур, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, первый узкополосный фильтр, первый амплитудный детектор, второй пороговый блок и второй ключ, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя второй промежуточной частоты, а выход подключен к входу первого усилителя-ограничителя и ко второму входу первого синхронного детектора, а дуплексная радиостанция, размещенная на каждом погрузчике и трейлере, снабжена вторым колебательным контуром, вторым узкополосным фильтром, вторым амплитудным детектором, третьим пороговым блоком и третьим ключом, причем к выходу пятого усилителя мощности последовательно подключены второй колебательный контур, второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина, второй узкополосный фильтр, второй амплитудный детектор, третий пороговый блок и третий ключ, второй блок которого соединен с выходом второго усилителя первой промежуточной частоты, а выход подключен к выходу второго усилителя-ограничителя и ко второму входу второго синхронного детектора.

Структурная схема предлагаемой системы представлена на фиг. 1. Структурные схемы дуплексной и передающей радиостанций, размещенных на диспетчерском геодезическом пункте, изображены на фиг. 2. Частотная диаграмма, иллюстрирующая преобразование сигналов, показана на фиг. 3. Структурные схемы дуплексной радиостанции, двух приемников и считывателя, размещенных на каждом погрузчике и трейлере, представлены на фиг. 4. Функциональная схема радиочастотной метки изображена на фиг. 5. Структурная схема фрагмента радиотелефонной системы общего пользования с сотовой структурой представлена на фиг. 6. Геометрическая схема расположения геостационарного ИСЗ-ретранслятора S и двух наземных пунктов А и В показана на фиг. 7.

Компьютерная система управления портовым контейнерным терминалом содержит диспетчерский геодезический пункт 1, на котором размещены дуплексная и передающая радиостанции, объект 2 разгрузки (погрузки) (например, судно), склады 3 контейнеров, таможенную зону отгрузки 4, погрузчики 5.i (i=1, 2, …, n), трейлеры 6.j (j=1, 2, …, m), устройства 7.1 (1=1, 2, …, 1) для управления робототехнологическими комплексами и систему 8 приема и передачи информации. При этом на каждом погрузчике и трейлере размещена дуплексная радиостанция, два приемника и считыватель. Между диспетчерским геодезическим пунктом 1 и погрузчиками (трейлерами) установлены пейджинговая и двусторонняя радиосвязь непосредственно и/или через систему 8 приема и передачи информации.

Дуплексная радиостанция, размещенная на диспетчерском геодезическом пункте 1, содержит последовательно включенные компьютер 9, первый задающий генератор 10, первый фазовый манипулятор 12, второй вход которого через источник 11 дискретных сообщений соединен с компьютером 9, первый амплитудный модулятор 14, второй вход которого через источник 13 непрерывных сообщений соединен с компьютером 9, первый смеситель 16, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 15, первый усилитель 18 первой промежуточной частоты, первый усилитель 19 мощности, первый дуплексер 20, вход-выход которого связан с первой приемопередающей антенной 21, второй усилитель 22 мощности, второй смеситель 23, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 17, первый усилитель 24 второй промежуточной частоты (второй ключ 89), первый усилитель-ограничитель 25, первый синхронный детектор 26, второй вход которого соединен с выходом второго ключа 89, компьютер 9 и первый блок 30 регистрации. К выходу первого усилителя-ограничителя 25 последовательно подключены первый перемножитель 27, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 17, первый полосовой фильтр 28 и первый фазовый детектор 29, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 15, а выход подключен к компьютеру 9.

К выходу второго усилителя 22 мощности последовательно подключены первый колебательный контур 85, второй выход которого соединен с выходом первого гетеродина 15, первый узкополосный фильтр 86, первый амплитудный детектор 87 и второй пороговый блок 88, выход которого соединен со вторым входом второго ключа 89.

Передающая радиостанция, размещенная на диспетчерском геодезическом пункте 1, содержит последовательно включенные второй задающий генератор 34, второй фазовый манипулятор 35, второй вход которого соединен с прибором 33 дифференциальных поправок, подключенным к выходу приемника 32 GPS-сигналов с антенной 31, третий усилитель 36 мощности и передающую антенну 37.

Дуплексная радиостанция, размещаемая на каждом погрузчике (трейлере), содержит последовательно включенные датчик 38 номера погрузчика (трейлера), микропроцессор 40, к которому подключен датчик 39 погрузки-разгрузки, третий задающий генератор 41, третий фазовый манипулятор 42, второй амплитудный модулятор 43, ко второму входу которого подключен микропроцессор 40, третий смеситель 45, второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина 44, второй усилитель 47 второй промежуточной частоты, четвертый усилитель 48 мощности, второй дуплексер 49, вход-выход которого связан со второй приемопередающей антенной 50, пятый усилитель 51 мощности, четвертый смеситель 52, второй вход которого соединен с выходом четвертого гетеродина 46, второй усилитель 53 первой промежуточной частоты, третий ключ 94, второй усилитель-ограничитель 54, второй синхронный детектор 55, второй вход которого соединен с выходом третьего ключа 94 и микропроцессор 40. К выходу второго усилителя-ограничителя 54 последовательно подключены второй перемножитель 56, второй вход которого соединен с выходом четвертого гетеродина 46, второй полосовой фильтр 57 и второй фазовый детектор 58, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 44, а выход подключен к микропроцессору 40.

К выходу пятого усилителя 51 мощности последовательно подключены второй колебательный контур 90, второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина 44, второй узкополосный фильтр 91, второй амплитудный детектор 92 и третий пороговый блок 93, выход которого соединен со вторым входом третьего ключа 94.

Первый приемник, размещенный на погрузчике (трейлере), содержит последовательно включенные вторую приемную антенну 59, усилитель 60 высокой частоты, третий разовый усилитель 62 и блок 63 определения местоположения погрузчика (трейлера), второй вход и выход которого соединены с микропроцессором 40.

Второй приемник 65 с третьей приемной антенной 64 обеспечивает прием навигационных GPS-сигналов и подключен к микропроцессору 40.

Считыватель, размещенный на погрузчике (трейлере), содержит последовательно подключенные к выходу третьего задающего генератора 41 шестой усилитель 66 мощности, третий дуплексер 67, вход-выход которого связан с третьей приемопередающей антенной 68, седьмой усилитель 69 мощности, четвертый фазовый детектор 70, второй вход которого соединен с выходом третьего задающего генератора 41, коррелятор 71, второй вход которого соединен с микропроцессором 40, первый пороговый блок 72, первый ключ 76, второй вход которого соединен с выходом фазового детектора 70, вторая линия задержки 77 и сумматор 78, второй и третий входы которого соединены со вторым выходом датчика 38 номера погрузчика (трейлера) и микропроцессором 40 соответственно, а выход подключен ко второму входу третьего фазового манипулятора 42. К выходу порогового блока 72 подключены световой 73 и звуковой 74 маячки. К выходу ключа 76 подключен второй блок 75 регистрации.

Каждый контейнер снабжен радиочастотной меткой, выполненной в виде пьезокристалла 79 с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем поверхностных акустических волн (ПАВ) и набором отражателей 84. Причем встречно-штыревой преобразователь ПАВ состоит из двух гребенчатых систем электродов 81, нанесенных на поверхность пьезокристалла 79, электроды 81 каждой из гребенок соединены друг с другом шинами 82 и 83, которые в свою очередь соединены с микрополосковой приемопередающей антенной 80, изготовленной также на поверхности пьезокристалла 79.

В качестве системы 8 приема и передачи информации может использоваться радиотелефонная система общего пользования с сотовой структурой, фрагмент которой изображен на фиг. 6.

Территория портового контейнерного терминала и прилегающая к нему территория разделяются на ячейки (соты), в каждой из которых устанавливается базовая радиостанция 86.к (к=1, 2, …, К), которая связана радиоканалом с погрузчиком 5.i (i=1, 2, …, n) или трейлером 6.j (j=1, 2, …, m).

При этом передатчики указанных радиостанций имеют относительно небольшую мощность. Чтобы оптимально разделить определенную территорию на микрозоны без перекрытий и пропусков участков, могут быть использованы только три геометрические фигуры: треугольник, квадрат и шестиугольник.

Наиболее подходящей фигурой является шестиугольник, так как если антенну базовой радиостанции 86.к (к=1, 2, …, К) установить в его центре, то круговая форма диаграммы направленности будет покрывать почти всю его площадь. Все микрозоны (соты) связаны соединительными линиями с центральной радиостанцией 85, которая, в свою очередь, соединена с автоматической телефонной сетью (АТС), а через нее и с диспетчерским геодезическим пунктом 1. В качестве соединительных линий могут использоваться кабели и радиорелейные линии. Расчет и практика использования сотовых систем связи показывают, что радиусы зон ячеек могут быть в пределах от 2 до 10 км.

В качестве системы 8 приема и передачи информации может использоваться и спутниковая система связи (фиг. 7). При этом искусственные спутники Земли могут размещаться на низких или высоких (геостационарных) орбитах.

Следовательно, в состав предлагаемой системы входят космический сегмент, состоящий из 24 КА, сеть наземных станций наблюдения за их работой и приемники GPS-сигналов, установленные на диспетчерском геодезическом пункте 1, на погрузчиках 5.i (i=1, 2, …, n) и трейлерах 6.j (j=1, 2, …, m). Приемники GPS-сигналов позволяют определять координаты погрузчиков (трейлеров) (широту и долготу), скорость их движения и точное время.

Каждый GPS-спутник излучает на двух частотах (ω₁=1757 МГц и ω₁₁=12,275 МГц) специальный навигационный сигнал в виде бинарного фазоманипулированного (ФМ_н) сигнала, манипулированного по фазе псевдослучайной последовательностью. В сигнале зашифровываются два вида кодов. Один из них - код С/А - доступен широкому кругу гражданских потребителей, в том числе и предлагаемой системе. Он позволяет получать лишь приблизительную оценку местоположения погрузчиков (трейлеров), поэтому называется «грубым» кодом. Передача кода С/А осуществляется на частоте ω₁=1575 МГц с использованием фазовой манипуляцией псевдослучайной последовательностью длиной 1023 символа. Защита от ошибок обеспечивается с помощью кода Гоулда. Период повторения С/А-кода -1 мс. Тактовая частота - 1,023 МГц.

Другой код - Р - обеспечивает более точное вычисление координат, но пользоваться им способны не все, доступ к нему ограничивается провайдером услуг GPS, используется военным ведомством США.

Компьютерная система управления портовым контейнерным терминалом функционирует следующим образом.

С целью передачи необходимой информации на избранный погрузчик 5.i (i=1, 2, …, n) и/или трейлер 6.j (j=1, 2, …, m) на диспетчерском геодезическом пункте 1 с помощью компьютера 9 включается задающий генератор 10, который формирует высокочастотный сигнал

u_c(t)=U_c×Cos(ω_ct+ϕ_c), 0≤t≤T_c,

где U_c, ω_с, ϕ_с Т_с - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность сигнала.

Данный сигнал с выхода задающего генератора 10 поступает на первый вход фазового манипулятора 12, на второй вход которого подается модулирующий код M₁(t) с выхода источника 11 дискретных сообщений. На выходе фазового манипулятора 12 образуется фазоманипулированный (ФМн) сигнал

u₁(t)=U₁×Cos[ω_c*t+ϕ_к1(t)+ϕ_с], 0≤t≤T_c,

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 K*τ_ээ и может изменяться скачком при t=K*τ_э, т.е. на границах между элементарными посылками (K=1, 2, …, N-1);

τ_э, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Т_с (T_c=τ_э×N).

Этот сигнал поступает на первый вход амплитудного модулятора 14, на второй вход которого подается модулирующая функция m₁(t) с выхода источника 13 аналоговых сообщений. На выходе амплитудного модулятора 14 образуется сложный сигнал с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией (ФМн-АМ)

u₂(t)=U_c[1+m₁(t)]×Cos[ω_ct+ϕ_к1(t)+ϕ_с], 0≤t≤Т_c,

где m₁(t) - модулирующая функция, отображающая закон амплитудной модуляции.

Работа источников дискретных 11 и аналоговых 13 сообщений синхронизируется компьютером 9.

Сформированный сигнал U₂(t) поступает на первый вход первого смесителя 16, на второй вход которого подается напряжение первого гетеродина 15

u_г1=U_г1×Cos(ω_г1t+ϕ_г1).

На выходе смесителя 16 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 18 выделяется напряжение первой промежуточной (суммарной) частоты

u_up1(t)=U_пр1[1+m₁(t)]×Cos[ω_пр1t+ϕ_к(t)+ϕ_пр1], 0≤t≤T_c,

где ϕ_пр1=ω_с+ω_г1=ω₁ - первая промежуточная (суммарная) частота;

ϕ_пр1=ϕ_с+ϕ_г1,

которое после усиления в усилителе 19 мощности через дуплексер 20 поступает в приемопередающую антенну 21, излучается ею на частоте ω₁ в эфир (в направлении портового контейнерного терминала), улавливается приемопередающей антенной 50 погрузчика или трейлера и через дуплексер 49 и усилитель 51 мощности поступает на первый вход смесителя 52, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 46

u_г1(t)=U_г1×Cos(ω_г1't+ϕ_г1).

На выходе смесителя 52 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 53 выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частоты

u_пр2(t)=U_пр2[1+m₁(t)]×Cos[ω_пр2t+ϕ_к1(t)+ϕ_пр2], 0≤t≤T_c,

где ω_пр2=ω_пр1-ω_г1 - вторая промежуточная (суммарная) частота;

ϕ_пр2=ϕ_пр1+ϕ_г1.

Принимаемый сигнал u_пр1(t) на частоте ω₁ с выхода пятого усилителя 51 мощности одновременно поступает на первый вход второго колебательного контура 90, на второй вход которого подается напряжение u_г2(t) третьего гетеродина 44, так как частота ω₁ принимаемого сигнала выбирается равной частоте ω_г2 третьего гетеродина 44 (ω₁=ω_г2) (фиг. 3), то в колебательном контуре возникает явление резонанса, выходное напряжение колебательного контура 90 достигает максимального значения, выделяется вторым узкополосным фильтром 91, частота настройки ω_н1 которого выбирается равной ω_н1=ω₁=ω_г2, детектируется вторым амплитудным детектором 92 и поступает на вход третьего порогового блока 93, где сравнивается с пороговым напряжением U_пор1. Пороговый уровень U_пор1 превышается только при максимальном напряжении U_max амплитудного детектора 92, которое соответствует явлению резонанса. При превышении порогового уровня U_пор1(U_max>U_пор1) в пороговом блоке 93 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход первого ключа 94 и открывает его. В исходном состоянии третий ключ 94 всегда закрыт. При этом напряжение U_пр2(t) второй промежуточной частоты с выхода усилителя 53 через открытый ключ 94 поступает на вход второго усилителя-ограничителя 54, на выходе которого образуется напряжение

u₃(t)=U₀×Соs[ω_пр2t+ϕ_к1(t)+ϕ_пр2], 0≤t≤T_c,

где U₀ - порог ограничения усилителя-ограничителя 54, которое представляет собой ФМн-сигнал, используется в качестве опорного напряжения и поступает на второй (опорный) вход синхронного детектора 55. На первый (информационный) вход синхронного детектора 55 подается напряжение u_пр2(t) с выхода третьего ключа 94. На выходе синхронного детектора 55 образуется низкочастотное напряжение

u_н1(t)=U_н1[1+m₁(t)],

где

Напряжение u₃(t) с выхода усилителя-ограничителя 54 одновременно поступает на первый вход перемножителя 56, на второй вход которого подается напряжение u_г1(t) с выхода гетеродина 46. На выходе перемножителя 56 образуется напряжение

u₄(t)=U₄×Cos[ω_г2t+ϕ_к1(t)+ϕ_г2], 0≤t≤T_c,

где ω_г2=ω_пр2+ω_г1 - вторая промежуточная (разностная) частота;

ϕ_г2=ϕ_пр2+ϕ_г1,

которое представляет собой ФМн-сигнал на частоте ω_г2 гетеродина 44. Это напряжение выделяется полосовым фильтром 57 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 58, на второй (опорный) вход которого подается напряжение гетеродина 44

u_г2(t)=U_г2×Cos(ω_г2t+ϕ_г2).

На выходе фазового детектора 58 образуется низкочастотное напряжение

u_н2(t)=U_н2×Cosϕ_к1(t),

где

Частоты ω_г1 и ω_г2 гетеродинов разнесены на значение второй промежуточной частоты (фиг. 3)

ω_г2=ω_г1=ω_пр2.

Следовательно, в дискретных и аналоговых сообщениях, передаваемых с диспетчерского геодезического пункта 1 на выбранный погрузчик и/или трейлер, содержится вся необходимая информация водителю и/или водителям о номерах контейнеров, их местоположении, порядке действий и т.п.

Скорость обновления навигационных данных - 1 с. Время обнаружения зависит от числа одновременно наблюдаемых спутников и режима определения местоположения погрузчика (трейлера).

Определение навигационных параметров может производиться в двух режимах - 2Д (двухмерном) и 3Д (пространственном). В режиме 2Д устанавливаются широта и долгота. Для этого достаточно присутствия в зоне радиовидимости трех спутников. Точность определения местоположения погрузчика (трейлера) - 15-20 м.

Один из основных методов повышения точности определения местонахождения погрузчика (трейлера) и устранения ошибок, связанных с введением режима селективного доступа, основан на применении известного в радионавигации принципа дифференциальных навигационных измерений.

Дифференциальный режим позволяет установить координаты погрузчика (трейлера) с точностью до 5 м в динамической навигационной обстановке и до 2 м в стационарных условиях.

Дифференциальный режим реализуется с помощью приемника 32 GPS-сигналов, размещенного на диспетчерском геодезическом пункте 1. Приемник 32 GPS-сигналов является многоканальным, каждый канал отслеживает один видимый спутник. Необходимость непрерывного отслеживания каждого КА обусловлена тем, что указанный приемник должен «захватывать» навигационные сообщения раньше, чем приемники погрузчиков (трейлеров). Сравнивая известные координаты, полученные в результате прецизионной геодезической съемки, с измеренными, прибор 33 вырабатывает дифференциальные поправки, которые передаются погрузчикам (трейлерам) по радиоканалу с помощью задающего генератора 34, фазового манипулятора 35, усилителя 36 мощности и передающей антенны 37 в заранее оговоренном формате.

Аппаратура погрузчика (трейлера) включает в себя первый приемник, который и позволяет получать дифференциальные поправки с диспетчерского геодезического пункта 1. Поправки, принятые с пункта 1, автоматически вносятся в результаты собственных измерений вторым приемником погрузчика (трейлера).

Для каждого КА, сигналы которого поступают на приемную антенну 64, поправка, полученная от пункта 1, складывается с результатом измерения псевдодальности.

Для точного определения местоположения погрузчиков и трейлеров на диспетчерском геодезическом пункте 1, задающим генератором 34 формируется высокочастотный сигнал

u_с1(t)=U_с1×Cos(ω_с1t+ϕ_с1), 0≤t≤T_c,

который поступает на первый вход фазового манипулятора 35, на второй вход которого с выхода прибора 33 дифференциальных поправок поступает модулирующий код M₂(t), содержащий соответствующие поправки к определению местоположения выбранного погрузчика и/или трейлера. На выходе фазового манипулятора 35 образуется ФМн-сигнал

u₅(t)=U₅×Cos(ω_с1t+ϕ_к2(t)+ϕ_с1), 0≤t≤T_c1,

где ϕ_к2(t)={0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M₂(t), который после усиления в усилителе 36 мощности поступает в приемную антенну 37, излучается ею в эфир, улавливается приемной антенной 59 и через усилитель 60 высокой частоты поступает на два входа фазового детектора 62 непосредственно и через линию задержки 61, время задержки τ_з1 которой выбирается равным длительности τ_э элементарных посылок (τ_з1=τ_э),

u₆(t)=U₅(t-τ_з1)=U₅×Cos[ω_с1(t-τ_з1)+ϕ_к2(t-τ_з1)+ϕ_с1].

На выходе фазового детектора 62 образуется низкочастотное напряжение

u_н3(t)=U_н3×Cosϕ_к2(t), 0≤t≤T_c1,

где

которое поступает на первый вход блока 63 определения местоположения погрузчика (трейлера).

Для точного определения местоположения погрузчика (трейлера) используется и второй приемник 65 с приемной антенной 64, размещенный на его борту, который последовательно захватывает и обрабатывает С/А-сигналы спутниковой системы «Навстар» («Глонасс»). При этом данный приемник попеременно использует два основных режима работы - приема информации и навигационный. В навигационном режиме каждую секунду уточняется местоположение погрузчика (трейлера) и выдаются основные навигационные данные. В режиме приема информации принимаются данные эфемерид и поправок времени, необходимые для навигационного режима, и производятся более редкие (через одну минуту) навигационные измерения.

Микропроцессор 40 выполняет две основные функции: обслуживает второй приемник 65 и производит навигационные расчеты. Первая заключается в выборе рабочего созвездия спутников, вычислении данных целеуказания и управлении работой второго приемника, например переключение из режима приема информации в навигационный режим и обратно. Вторая функция микропроцессора 40 состоит в расчете эфемерид, определении координат местоположения погрузчика (трейлера) и выдаче для отображения на дисплее, который входит в состав блока 63 определения местоположения погрузчика (трейлера).

При получении информации с диспетчерского геодезического пункта 1 о номерах и местоположении контейнеров, которые необходимо обнаружить и погрузить (разгрузить) на соответствующее транспортное средство, погрузчик (трейлер) прибывает в заданный район и включает считыватель. При этом задающий генератор 41 формирует высокочастотный сигнал

u_c(t)=U_c×Cos(ω_ct+ϕ_c), 0≤t≤T_c,

который поступает на первый вход фазового манипулятора 42 и через усилитель 66 мощности и дуплексер 67 поступает в рупорную приемопередающую антенну 68, излучается ею в эфир и облучает ближайший контейнер, снабженный радиочастотной меткой.

Высокочастотный сигнал u_c(t) на частоте ω_с улавливается микрополосковой антенной 80, настроенной на частоту ω_с, преобразуется встречно-штыревым преобразователем в акустическую волну, которая распространяется по поверхности пьезокристалла 79, отражается от набора отражателей 84 и опять преобразуется в сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМН)

u₇(t)=U_c×Cos[ω_ct+ϕ_кз(t)+ϕ_c], 0≤t≤Tc,

где ϕ_кз(t)={0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом М_з(1), отображающим идентификационный номер контейнера, и определяется топологией встречно-штыревого преобразователя.

В качестве примера на фиг. 5 изображен модулирующий код М_з=101101001.

Сформированный сложный ФМн-сигнал U₇(t) излучается микрополосковой антенной 80 в эфир, улавливается рупорной приемопередающей антенной 68 и через дуплексер 67 и усилитель 69 мощности поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 70. На второй (опорный) вход фазового детектора 70 в качестве опорного напряжения подается высокочастотный сигнал U_c(t) с выхода задающего генератора 41. На выходе фазового детектора 70 образуется низкочастотное напряжение

u_н4(t)=U_н4×Cosϕ_кз(t)+ϕ_c], 0≤t≤T_c,

где

пропорциональное модулирующему коду M_з(t).

Это напряжение поступает на первый вход коррелятора 71, на второй вход которого подаются модулирующие коды, отражающие номера запрашиваемых контейнеров. Если модулирующие коды совпадают, то на выходе коррелятора 71 формируется максимальное напряжение U_max, которое превышает пороговое напряжение U_nop в пороговом блоке 72 (U_max>U_nop). При превышении порогового уровня U_nop в пороговом блоке 72 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 76, открывая его, на световой 73 и звуковой 74 маячки, заставляя их работать. В исходном состоянии ключ 76 всегда закрыт. Световой и звуковой сигналы свидетельствуют об обнаружении необходимого контейнера, номер которого регистрируется блоком 75 регистрации. Одновременно низкочастотное напряжение u_H4(t), пропорциональное модулирующему коду М₃(t), с выхода фазового детектора 70 через открытый ключ 76 поступает на вход линии задержки, где задерживается на время τ_з2, равное длительности номера погрузчика (трейлера) и его местоположения, и поступает на первый вход сумматора 78. На второй вход последнего подается номер погрузчика (трейлера) со второго выхода датчика 38 номера погрузчика (трейлера). На третий вход сумматора 78 подается код местоположения погрузчика (трейлера) из микропроцессора 40. На выходе сумматора 78 образуется суммарный модулирующий код M_∑(t), состоящий из модулирующего кода M_з(t), номера M₄(t) погрузчика (трейлера) и его местоположения M₅(t)

M_∑(t)=M_з(t)+M₄(t)+M₅(t), длительностью τ₃₂.

Модулирующий код M_∑(t) с выхода сумматора 78, коды номера погрузчика (трейлера) и его состояния вместе с информацией о местоположении, текущем времени и найденных контейнерах передаются на диспетчерский геодезический пункт 1. Для этого используются датчик 38 номера погрузчика (трейлера), датчик 39 погрузки-разгрузки (состояния погрузчика), блок 63 определения местоположения погрузчика (трейлера), микропроцессор 40, задающий генератор 41, фазовый манипулятор 42 и амплитудный модулятор 43. На выходе последнего образуется сложный сигнал с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией (ФМН-АМ)

u₈(t)=U_c[1+m₂(t)]×Cos[ω_ct+ϕ_к4(t)+ϕ_c], 0≤t≤T_c,

который поступает на первый вход смесителя 45, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 44

U_г2(t)=U_г2×Cos(ω_г2t+ϕ_г2).

На выходе смесителя 45 образуются напряжения комбинационных частот, усилителем 47 выделяется напряжение третьей промежуточной (разностной) частоты

u_пр3(t)=U_пр3[1+m₂(t)]×Cos[ω_пр3t-ϕ_к4(t)+ϕ_пр3], 0≤t≤Tc,

где ω_пр3=ω_г2-ω_с - третья промежуточная (разностная) частота;

ϕ_пр3=ϕ_г2×ϕ_с,

которое после усиления в усилителе 48 мощности через дуплексер 49 поступает в приемопередающую антенну 50, излучается ею в эфир на частоте ω₂=ω_пр3=ω_г1, улавливается приемопередающей антенной 21 диспетчерского геодезического пункта 1 и через дуплексер 20 и усилитель 22 мощности поступает на первый вход смесителя 23, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 17

u_г2(t)=U_г2×Сos(ω_г2t+ϕ_г2).

На выходе смесителя 23 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 24 выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частоты

u_пр4(t)=U_пр4[1+m₂(t)]Cos[ω_пр2t+ϕ_К4(t)+ϕ_пр2], 0≤t≤T_c,

где ω_пр2=ω_г2-ω_пр3 - вторая промежуточная (разностная) частота;

ϕ_пр3=ϕ_г2-ϕ_пр3.

Принимаемый сигнал u_пр3(t) на частоте ω₂ с выхода второго усилителя 22 мощности одновременно поступает на первый вход первого колебательного контура 85, на второй вход которого подается напряжение u_г1(t) первого гетеродина 15. Так как частота ω₂ принимаемого сигнала выбирается равной частоте ω_г1 первого гетеродина (ω₂=ω_г1) (фиг. 3), то в колебательном контуре возникает явление резонанса, выходное напряжение колебательного контура 85 достигает максимального значения U_max, выделяется первым узкополосным фильтром 86, частота настройки которого выбирается равной ω_н2=ω₂=ω_г1, детектируется первым амплитудным детектором 87 и поступает на вход второго порогового блока 88, где сравнивается с пороговым напряжением U_пор1. Пороговый уровень U_пор1 превышается только при максимальном напряжении U_max1 амплитудного детектора 87, которое соответствует явлению резонанса. При превышении порогового уровня U_пор1 (U_max>U_пор1) в пороговом блоке 88 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход второго ключа 89 и открывает его. В исходном состоянии второй ключ 89 всегда закрыт. При этом напряжение u_пр1(t) второй промежуточной частоты с выхода первого усилителя 24 второй промежуточной частоты через открытый ключ 89 поступает на вход второго усилителя-ограничителя 25, на выходе которого образуется напряжение

u₉(t)=U₀×Cos[ω_пр2t+ϕ_К4(t)+ϕ_пр2], 0≤t≤T_c,

где U₀ - порог ограничения,

которое поступает на второй (опорный) вход синхронного детектора 26, на первый (информационный) вход которого подается напряжение u_пр4(t) с выхода ключа 89. На выходе синхронного детектора 26 образуется низкочастотное напряжение

u_н5(t)=U_н5×[1+m₂(t)],

где

пропорциональное модулирующей функции m₂(t). Это напряжение поступает в компьютер 9 и затем может регистрироваться блоком 30 регистрации.

Напряжение u₉(t) с выхода усилителя-ограничителя 25 одновременно поступает на первый вход перемножителя 27, на второй вход которого подается напряжение u_г2(t) с выхода гетеродина 17. На выходе перемножителя 27 образуется напряжение

u₁₀(t)=U₁₀×Coз[ω_г1t+ϕ_К4(t)+ϕ_г1(t)], 0≤t≤T_c,

где ω_г1=ω_г2-ω_пр2=ω_пр1-ω_пр2=ω_пр3;

ϕ_г1=ϕ_г2-ϕ_пр2,

которое выделяется полосовым фильтром 28 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 29, на второй (опорный) вход которого подается напряжение гетеродина 15.

На выходе фазового детектора 29 образуется низкочастотное напряжение

u_н6(t)=U_н6Cos_ϕК4(t),

где

пропорциональное модулирующему коду М_∑(t). Это напряжение поступает в компьютер 9, а затем может регистрироваться блоком 30 регистрации. В качестве блока 30 регистрации может использоваться монитор компьютера 9 с изображением электронной карты местности портового терминала города, Северо-Западного региона и т.д. На указанную карту выводится информация о местонахождении и перемещении контейнеров. При этом погрузчики 5.i (i=1, 2, …, n) используются для обнаружения, разгрузки и погрузки контейнеров с объекта разгрузки (погрузки) (например, судно) на склады 3 и таможенную зону 4 отгрузки (или из складов 3 и зоны 4), а трейлеры 6.j (j=1, 2, …, m) для перемещения контейнеров к устройствам 7.I (l=1, 2, …, L) для управления робототехнологическими комплексами.

Описанная выше работа предлагаемой системы соответствует случаю, когда диспетчерский геодезический пункт 1 находится на незначительном расстоянии от портового контейнерного терминала. При этом данная система обеспечивает обнаружение необходимых контейнеров, контролирует перемещение контейнеров с различным грузом от судна, на котором они прибыли, до робототехнологических комплексов, и наоборот.

При организации региональных или международных перевозок, доставке контейнеров на удаленные на большие расстояния роботехнологические комплексы или наоборот используется система 8 приема и передачи информации, в качестве которой могут применяться радиотелефонная система общего пользования с сотовой структурой и спутниковая система связи.

При использовании радиотелефонной системы общего пользования с сотовой структурой (фиг. 6) информация с диспетчерского геодезического пункта 1 по телефонной сети поступает на центральную радиостанцию 85, а затем по соединительной линии на базовую радиостанцию 86.к (к=1, 2, …, К) той микрозоны (соты), где находится вызываемый погрузчик 5.i (i=1, 2, …, n) или трейлер 6.j (j=1, 2, …, m). Базовая радиостанция излучает сигнал, содержащий необходимую информацию, который принимается приемником дуплексной радиостанции, размещенной на погрузчике (трейлере). Погрузчик (трейлер) указанной радиостанции излучает сигнал, содержащий ответную информацию, который принимается базовой радиостанцией той микрозоны (соты), где появляется или находится погрузчик (трейлер). От базовой радиостанции данный сигнал поступает на центральную радиостанцию, а затем через АТС на диспетчерский пункт 1, где фиксируются номер погрузчика (трейлера), передаваемая информация и географические координаты его местоположения.

В качестве системы 8 приема и передачи информации может использоваться спутниковая система связи (фиг. 7). При этом диаграмма направленности бортовой антенны геостационарного ИСЗ-ретранслятора S выбирается так, чтобы ретранслированный сигнал мог быть принят в обоих наземных пунктах А и В. На наземном пункте А может располагаться диспетчерский геодезический пункт, а пункте В - портовый контейнерный терминал или трейлеры, перевозящие контейнеры с различным грузом.

Описанная выше работа дуплексной радиостанции соответствует случаю приема полезных сигналов по основным каналам на частоте ω₁ и ω₂ (фиг. 3).

Если ложный сигнал (помеха)

u_з1(t)=U_з1×Cos(ω_з1t+ϕ_з1), 0≤t≤T_з1,

принимается по первому зеркальному каналу на частоте ω_з, то он также поступает с выхода пятого усилителя 51 мощности на первый вход четвертого смесителя 52 и на первый вход второго колебательного контура 90, на второй вход которого подается напряжение u_г2(t) третьего гетеродина 44. Так как частоты ω_з1 и ω_г2 разнесены на удвоенное значение второй промежуточной частоты

ω_г2-ω_з1=2ω_пр2,

то в колебательном контуре явление резонанса не наблюдается, его выходное напряжение не достигает максимального напряжения, продетектированное напряжение U не превышает порогового напряжения U_пор1 (Uпор1), третий ключ 94 не открывается и ложный сигнал (помеха) u_з1(t), принимаемый по первому зеркальному каналу на частоте ω_з1, подавляется.

Если ложный сигнал (помеха)

u_з2(t)=U_з2×Cos(ω_з2*t+U_з2), 0≤t≤T_з2,

принимается по второму зеркальному каналу на частоте ω_з2, то он также с выхода второго усилителя 22 мощность поступает на первый вход второго смесителя 23 и на первый вход первого колебательного контура 85, на второй вход которого подается напряжение u_г1(t) первого гетеродина 15. Так как частоты ω_з2 и ω_г1 разнесены на удвоенное значение второй промежуточной частоты

ω_з2-ω_г1=2ω_пр2,

то в колебательном контуре 85 явление резонанса не наблюдается, его выходное напряжение не достигает максимального значения, продетектированное напряжение U не превышает порогового напряжения U_пор1 (Uпор1), второй ключ 89 не открывается и ложный сигнал (помеха), принимаемый по второму зеркальному каналу на частоте ω_з2, подавляется.

По аналогичной причине подавляются и ложные сигналы (помехи), принимаемые по первому комбинационному каналу на частоте ω_к1, по второму комбинационному каналу на частоте ω_к2 и по любому другому дополнительному каналу.

Предлагаемая система обеспечивает повышение оперативности и точности определения местоположения контейнеров в процессе их транспортирования (точность 20-100 м) и складирования (точность 1-5 м).

Кроме того, данная система позволяет:

- оперативно планировать работу, используя текущую информацию на портовом контейнерном терминале;

- свести до минимума ручные операции;

- оптимизировать работу погрузочной техники за счет использования диалогового режима при выдаче команд, точной информации о местоположении погрузчиков, оптимизации размещения контейнеров и минимизации перемещений порожних трейлеров;

- сократить время простоя трейлеров, автомашин, судов, железнодорожных составов благодаря планированию работы персонала и погрузочной техники и информации о текущем расположении контейнеров;

- протоколировать время начала, окончания и выполнения операций каждым работником терминала;

- фиксировать и уведомлять менеджера об отклонениях движения погрузчиков от намеченной траектории, т.е. фактах выхода погрузчика за пределы рабочей зоны, неоправданно долгих простоях погрузчика в какой-либо зоне;

- фиксировать достижение трейлером определенной зоны терминала и, следовательно, сокращать простой трейлеров в очередях.

Предлагаемая система обеспечивает повышение эффективности и расширение функциональных возможностей управления портовым контейнерными терминалом. Это достигается путем снабжения контейнеров радиочастотными метками на поверхностных акустических волнах. Причем каждый погрузчик (трейлер) снабжен считывателем, который имеет следующие основные характеристики:

- мощность передатчика считывателя - не более 10 мВт;

- частотный диапазон - 900-920 МГц;

- дальность обнаружения контейнеров - несколько десятков метров.

Габариты радиочастотной метки, размещаемой на контейнере, - 8×15×5 мм, срок службы - не менее 20 лет, потребляемая мощность - 0 Вт.

Используемая радиочастотная метка по сравнению с машиносчитываемыми штриховыми кодами предоставляет возможность дистанционного считывания информации о контейнере неограниченное число раз, в автоматическом режиме.

Таким образом, предлагаемая система по сравнению с базовой системой обеспечивает повышение избирательности, помехоустойчивости и надежности дуплексной радиосвязи между диспетчерским и геодезическим пунктами и погрузчиками и трейлерами. Это достигается путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам. Причем для подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам, используются колебательные контуры, реализующие явление резонанса.

Следует отметить, что явление резонанса является основополагающим принципом работы многих систем и устройств радиоэлектроники.

Реферат

Компьютерная система управления портовым контейнерным терминалом содержит диспетчерский геодезический пункт с приемником GPS-сигнала, передающей радиостанцией и дуплексной радиостанцией, установленные на каждом погрузчике и трейлере дуплексную радиостанцию, два приемника, один из которых предназначен для получения дифференциальных поправок с диспетчерского пункта, а другой – для приема навигационного GPS-сигнала. Между диспетчерским геодезическим пунктом и каждым погрузчиком и трейлером установлены пейджинговая и двусторонняя радиосвязи. Обеспечивается повышение помехоустойчивости и надежности дуплексной радиосвязи между диспетчерским геодезическим пунктом и погрузчиками и трейлерами. 7 ил.

Формула