Антенна для установки на железнодорожном транспортном средстве для определения его места нахождения вдоль железнодорожного пути, оборудованного системой наземных сигнальных маяков - RU2568243C2

Чертежи

Описание

Настоящее изобретение касается определения местонахождения железнодорожного транспортного средства вдоль железнодорожного пути при помощи ряда сигнальных маяков, которыми оборудован железнодорожный путь и которые выполнены с возможностью взаимодействия с антенной, установленной на железнодорожном транспортном средстве.

Из патента EP-1227024 известна наземная система маяков, которая позволяет установить сообщение с антенной, установленной на железнодорожном транспортном средстве. Согласно этому патенту, установленная антенна содержит первую принимающую схему в виде простого контура и вторую принимающую схему в виде контура-восьмерки, при этом объединение двух схем позволяет улавливать излучаемый маяком электромагнитный сигнал, несущий информацию, и определять, таким образом, точный момент, в который установленная антенна оказывается направленной на наземный маяк, причем с высокой точностью: таким образом, можно определить местонахождение транспортного средства на железнодорожном пути с точностью такого же порядка (которая может быть точностью порядка ±5 см или менее, как это требуется, в частности, для железнодорожных транспортных средств с автоматическим управлением).

Действительно, если представить сигнал, улавливаемый двумя принимающими схемами установленной антенны, в виде графиков, называемых также диаграммами направленности, показывающими улавливаемую мощность в зависимости от относительного положения установленной антенны относительно наземного маяка во время его прохождения, как показано на фиг.3 и 4 этого известного патента, то видно, что сигнал, улавливаемый первой принимающей схемой, имеет относительно широкий центральный участок с центром в зоне контакта с наземным маяком. (В дальнейшем тексте описания под зоной контакта с маяком следует понимать зону, в корой антенна может нормально «считывать» информацию, передаваемую наземным маяком в виде электромагнитного сигнала, характеризующего информацию, передаваемую от наземного маяка на бортовую антенну. В этой же зоне энергия, излучаемая установленной антенной и принимаемая маяком с целью его питания, достигает уровня, достаточного для обеспечения активации маяка). Этот центральный участок приблизительно имеет форму главного лепестка типа колокола с центром на оси Оу системы координат. На концах этого колокола находятся два вторичных лепестка с существенно меньшим максимумом. Сигнал, улавливаемый второй принимающей схемой, содержащей контур в виде восьмерки, содержит два центральных участка, каждый приблизительно в виде колокола, при этом между этими двумя центральными участками сигнал обращается в ноль в начале системы координат, при этом обращение в ноль сигнала соответствует точке перекрещивания восьмерки контура. Кроме того, на противоположных концах этих двух центральных участков в виде колокола находятся два других вторичных лепестка аналогично сигналу, улавливаемому первой принимающей схемой, которые смещены относительно вторичных лепестков сигнала, улавливаемого первой принимающей схемой.

Если отвлечься от этих вторичных лепестков, обнаружение момента, когда бортовая антенна оказывается центрованной на наземный маяк, происходит следующим образом (схематично): происходит сдвиг фазы (изменение фазы на 180°) между двумя улавливаемыми сигналами, когда центр (точка перекрещивания) контура в виде восьмерки второй принимающей схемы проходит напротив центра наземного маяка. Таким образом, способ состоит в обнаружении этого изменения фазы между двумя улавливаемыми сигналами, чтобы на основании этого определить точный момент, когда антенна оказывается направленной на маяк, и, следовательно, на основании этого определить местонахождение транспортного средства относительно железнодорожного пути в данный момент.

Однако присутствие вторичных лепестков на двух сигналах может привести к обнаружению смещений фаз между вторичными лепестками, то есть «паразитных» смещений фаз, которые приводят к ошибочному обнаружению центровки между антенной и маяком. Поэтому для способа обнаружения предусматривают заданный порог мощности, который находится выше максимума мощности вторичных лепестков двух сигналов, улавливаемых антенной: происходит фильтрация обнаружения с исключением процесса обнаружения всех ненужных сдвигов фаз, которые могут появиться между вторичными лепестками.

Однако применение заданного порога мощности не остается без последствий: Эта фильтрация напрямую отражается на соблюдении условий расстояния между антенной и маяком. Таким образом, чтобы способ обнаружения работал, необходимо предусмотреть расстояние в вертикальном направлении между маяком и антенной, которое должно находиться между двумя предельными значениями, минимальным расстоянием и максимальным расстоянием. Точно так же, необходимо, чтобы допустимое смещение в поперечном горизонтальном направлении было меньше максимального значения смещения. Эти размерные критерии могут оказаться проблематичными. Они могут усложнить монтаж устанавливаемой антенны на транспортном средстве или на локомотиве железнодорожного транспортного средства и даже препятствовать установке антенны в определенных местах на железнодорожном транспортном средстве. Таким образом, очень сложно и даже в некоторых случаях невозможно установить антенну на корпусе вагона транспортного средства, так как обычно вагон устанавливают на его колесной тележке при помощи подвесок, что приводит к относительным вертикальным движениям кузов/тележка, которым вынуждена следовать антенна. Кроме того, в ходе эксплуатации железнодорожных транспортных средств они могут изменяться. Так, в частности, первоначальное расстояние антенна-маяк в вертикальном направлении может уменьшаться в результате постепенного износа колес транспортного средства или локомотива, на котором установлена антенна, что заставляет регулярно перенастраивать антенну во время операций обслуживания.

Настоящее изобретение призвано предложить усовершенствованную технологию определения местонахождения железнодорожного транспортного средства с использованием системы наземных маяков и установленной антенны. В частности, изобретение призвано устранить недостаток, связанный с размерными условиями описанного выше известного технического решения. Изобретение призвано также предложить технологию этого типа, которая является простой и экономичной в реализации и в применении и которая, в частности, позволяет ограничить операции обслуживания железнодорожных транспортных средств, использующих эту технологию.

В этой связи первым объектом настоящего изобретения является антенна, предназначенная для установки на железнодорожном транспортном средстве для определения местонахождения указанного железнодорожного транспортного средства вдоль железнодорожного пути, оборудованного системой наземных сигнальных маяков, при этом антенна выполнена с возможностью улавливать электромагнитный сигнал, характеризующий информацию, передаваемую маяком, когда мимо него проходит указанное железнодорожное транспортное средство, при этом указанная антенна содержит первую принимающую схему в виде простого контура и вторую принимающую схему в виде контура с двумя витками в виде восьмерки. Согласно изобретению, антенна дополнительно содержит третью принимающую схему в виде контура с тремя витками с центральным витком, расположенным между двумя крайними витками, при этом первая, вторая и третья принимающие схемы расположены друг над другом, причем все три принимающие схемы имеют по существу одну и ту же продольную ось симметрии и по существу одну и ту же поперечную ось симметрии.

Под выражением «расположены друг над другом» следует понимать, что схемы смонтированы на одной плоской подложке друг над другом в плоскостях, параллельных между собой, при этом порядок расположения друг над другом строго не определен. Кроме того, по меньшей мере, две из этих плоскостей могут по существу совпадать в зависимости от относительных размеров трех контуров. Действительно, одна из принимающих схем, например, первая схема может иметь периметр, больший периметра второй принимающей схемы, при этом наименьшую схему монтируют на подложке внутри наиболее габаритной схемы, при этом обе схемы по сути дела смонтированы в общей плоскости.

Вследствие этого, когда речь идет об «одной и той же» продольной или поперечной оси симметрии, в это определение следует, разумеется, включать оси симметрии, параллельные между собой, но не обязательно совпадающие, когда они находятся в параллельных между собой плоскостях, близких друг к другу, но разных.

Наличие этой двойной симметрии приводит к тому, что три принимающие схемы центрованы относительно друг друга по общей оси, перпендикулярной к их плоскостям монтажа.

Как выяснилось, добавление этой третьей принимающей схемы в антенну позволяет избежать соблюдения вышеупомянутых размерных ограничений, так как применение такой антенны в способе определения местонахождения железнодорожного транспортного средства при взаимодействии с маяком не требует применения заданного порога фильтрации мощности. Такой результат получают за счет особой формы этой третьей принимающей схемы с тремя витками, а также за счет того, что ее центруют по двум другим принимающим схемам с одними и теми же осями симметрии.

Предпочтительно, согласно изобретению, поперечная ось симметрии проходит через точку перекрещивания контура в виде восьмерки второй принимающей схемы и через срединные плоскости простого контура первой принимающей схемы и центрального витка третьей принимающей схемы. Действительно, именно этот отличительный признак, характеризующий относительную центровку трех контуров, позволяет использовать соответствующим образом улавливаемые сигналы в способе обнаружения, использующем такую антенну, что будет подробно описано ниже.

Согласно другому отличительному признаку антенны в соответствии с настоящим изобретением, ее выполняют таким образом, чтобы контуры трех принимающих схем не имели между собой связи или имели между собой остаточную связь, которой можно пренебречь. Действительно, все происходит таким образом, как если бы три контура были ортогональными между собой, при этом ставится задача, чтобы сигнал, улавливаемый одним из контуров, не испытывал помех или не претерпевал изменений из-за других сигналов, улавливаемых другими контурами, или чтобы они были такими, что ими можно пренебречь, с целью обработки и сравнения сигналов, улавливаемых тремя принимающими схемами, что будет подробно описано ниже, не принимая во внимание возможные помехи между улавливаемыми сигналами.

Предпочтительно третья принимающая схема в виде контура с тремя витками антенны в соответствии с настоящим изобретением имеет дисбаланс в магнитном поле, улавливаемом тремя витками, который можно скорректировать, следя, с одной стороны, чтобы чувствительность приемника антенны позволяла улавливать магнитное поле одинаковой фазы без изменения в центре контура, когда маяк оказывается на одной линии с этим контуром, и, с другой стороны, чтобы связь между этим контуром и контурами двух других принимающих схем была пренебрежимо мала.

Термин «чувствительность приемника» известен в области антенн, при этом приемник следует рассматривать в широком смысле, как антенну, связанную со всеми ее средствами измерения, обработки и анализа улавливаемых сигналов.

Согласно варианту, чтобы достичь такого дисбаланса, размеры антенны в соответствии с настоящим изобретением определяются таким образом, чтобы сумма площадей, ограниченных наружными витками контура третьей принимающей схемы, была меньше площади, ограниченной центральным витком указанного контура, в частности, меньше 10-15% общей площади всех витков указанного контура, например, меньше 12-13% этой площади. Выбранный таким образом «дисбаланс» между наружными витками, с одной стороны, и центральным витком, с другой стороны, приводит в диаграмме направленности третьей принимающей схемы к двум обращениям в ноль поля в соответствующих зонах, смещенных относительно обращений в ноль поля двух других принимающих схем. Этот дисбаланс наводит также минимум сигнала, не равный нулю и превышающий чувствительность приемника, во время центровки маяк/антенна (контур продолжает «видеть» магнитное поле одинаковой фазы в зоне центрального витка).

Согласно другому варианту, в случае необходимости, в комбинации с предыдущим, размеры антенны в соответствии с настоящим изобретением определяются таким образом, чтобы периметр контура в виде восьмерки второй принимающей схемы был по существу равен периметру простого контура первой принимающей схемы. Под «периметром» следует понимать габарит, хорду всех контуров рассматриваемых принимающих схем.

Предпочтительно во время прохождения маяка диаграмма направленности первой принимающей схемы имеет последовательно первый вторичный лепесток, главный лепесток с максимумом мощности и второй вторичный лепесток с точками обращения в ноль мощности излучения, разделяющими два последовательных лепестка.

В данном случае и в дальнейшем тексте патентной заявки под диаграммой направленности следует понимать характеристику мощности сигнала, улавливаемого рассматриваемой принимающей схемой, в зависимости от перемещения установленной антенны во время прохождения маяка. Эта диаграмма является отображением в системе координат Oxy и характеризует приближение первого порядка трехмерного отображения реального магнитного поля, улавливаемого рассматривающей принимающей схемой. С различными лепестками, отмечаемыми на этой диаграмме, можно соотнести фазы, при этом каждый лепесток претерпевает данный сдвиг фазы по отношению к предыдущему лепестку.

Предпочтительно, согласно изобретению, во время прохождения маяка диаграмма направленности второй принимающей схемы имеет последовательно первый вторичный лепесток, затем два главных лепестка и второй вторичный лепесток с точками обращения в ноль мощности излучения, разделяющими два последовательных лепестка.

Предпочтительно, согласно изобретению, во время прохождения маяка диаграмма направленности третьей принимающей схемы имеет последовательно первый вторичный лепесток, затем главный лепесток с двумя максимумами мощности, разделенными не равным нулю минимумом, и второй вторичный лепесток с точками обращения в ноль мощности излучения, разделяющими два последовательных лепестка.

Предпочтительно антенну выполняют таким образом, чтобы не равный нулю минимум диаграммы направленности третьей принимающей схемы соответствовал ее остаточной связи по меньшей мере с двумя другими принимающими схемами, в частности, с первой принимающей схемой. Действительно, способ обнаружения, использующий антенну в соответствии с настоящим изобретением, использует данный признак, согласно которому мощность магнитного поля, улавливаемого третьей принимающей схемой, понижается в центральной зоне, находящейся между двумя максимумами, причем это понижение является достаточно незначительным, чтобы не приводить к обращению в ноль магнитного поля напротив маяка, в отличие от контура в виде восьмерки второй принимающей схемы, и при этом находится выше чувствительности приемника.

Предпочтительно точки обращения в ноль диаграмм направленности контуров второй и третьей принимающих схем соответствуют точкам перекрещивания витков указанных контуров.

Предпочтительно диаграммы направленности трех принимающих схем по существу центрованы относительно оси, соответствующей их поперечной оси симметрии.

Как известно, кроме принимающих схем, антенна содержит электронные/вычислительные средства, предназначенные для обработки сигналов, улавливаемых ее принимающими схемами, с одной стороны, с целью обработки, сбора и передачи данных, содержащихся в электромагнитных сигналах, излучаемых маяком во время прохождения над ним антенны, а также выполненные с возможностью определения местонахождения железнодорожного транспортного средства, что является аспектом, рассматриваемым в рамках изобретения. Как известно, эти средства содержат средства измерения, средства усиления и т.д. Но для того, чтобы применять специальную антенну в соответствии с настоящим изобретением, эти средства содержат также средства кодирования и упорядочения последовательности смещений фаз сигналов, улавливаемых тремя принимающими схемами указанной антенны.

Предпочтительно эти электронные/вычислительные средства содержат также средства определения местонахождения антенны по отношению к проходимому маяку путем сравнения между последовательностями, полученными путем кодирования и упорядочения последовательностей сигналов, улавливаемых тремя принимающими схемами антенны, и, по меньшей мере, одной заданной последовательностью, соответствующей точной центровке антенны относительно маяка.

Как известно, антенна содержит также излучающую схему, предназначенную для питания маяка энергией во время его прохождения антенной, в частности, в виде простого контура, питаемого энергией, который расположен над контурами принимающих схем антенны.

Объектом настоящего изобретения является также система для определения местонахождения железнодорожного транспортного средства вдоль железнодорожного пути, при этом система содержит:

- ряд сигнальных маяков, которыми оборудован указанный железнодорожный путь и которые предназначены для излучения электромагнитного сигнала, характеризующего информацию, когда мимо него проходит указанное железнодорожное транспортное средство,

- антенну для взаимодействия с маяками, установленную на железнодорожном транспортном средстве.

Указанная система предусматривает маяки, содержащие схему, излучающую электромагнитный сигнал, например, выполненную в виде простого контура.

Объектом настоящего изобретения является также способ определения местонахождения железнодорожного транспортного средства с использованием описанной выше системы или с использованием описанной выше антенны в соответствии с настоящим изобретением, который содержит следующие этапы:

- обнаруживают сигнал, излучаемый маяком во время прохождения мимо него антенны, при помощи принимающих схем антенны, установленной на железнодорожном транспортном средстве, в частности, в виде диаграммы направленности для каждой из принимающих схем,

- на основании этих сигналов, в частности, путем анализа их диаграмм направленности определяют фазы магнитных полей различных участков сигналов (представленных в виде лепестков на каждой диаграмме направленности),

- фазы магнитных полей сигналов (в частности, на основании их диаграмм направленности) сравнивают попарно, чтобы определить относительные смещения фаз,

- производят десятичное считывание этих относительных смещений фаз для получения последовательности,

- последовательность сравнивают, по меньшей мере, с одной заданной характерной последовательностью, соответствующей точной центровке антенны (2) по отношению к маяку (1) во время прохождения мимо него,

- когда сравнение является положительным, определяют пространственное и временное местонахождение (T) железнодорожного транспортного средства (V) по отношению к железнодорожному пути (VF), по которому оно движется.

При помощи способа определения местонахождения в соответствии с настоящим изобретением путем сравнения между последовательностью, полученной на основании сигналов, улавливаемых принимающими схемами антенны, и заданной последовательностью, можно также определить направление движения железнодорожного транспортного средства по железнодорожному пути.

Другие отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания со ссылками на прилагаемые чертежи, отображающие вариант выполнения известного решения и частный не ограничительный вариант выполнения настоящего изобретения, на которых:

фиг.1 - общий вид системы определения местонахождения железнодорожного транспортного средства на железнодорожном пути с использованием бортовой антенны и наземных сигнальных маяков;

фиг.2 - вид сверху в разборе двух принимающих схем известной антенны;

фиг.3 - диаграмма направленности сигнала, улавливаемого двумя принимающими схемами известной антенны, показанными на фиг.2, с отображением смещения фазы;

фиг.4 - вид сверху в разборе трех принимающих схем антенны в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.5 - диаграмма направленности сигнала, улавливаемого тремя принимающими схемами антенны в соответствии с настоящим изобретением, показанных на фиг.4, с отображением смещения фазы;

фиг.6 - таблица двоичного кодирования смещений фазы улавливаемого сигнала в соответствии с диаграммой направленности, показанной на фиг.5.

Для упрощения фиг.1, 2 и 4 представлены очень схематично и не соблюдают масштабность между различными показанными элементами. На фигурах показаны только элементы, необходимые для понимания изобретения.

На фиг.3 и 5 диаграммы направленности являются приближениями. На всех фигурах одинаковые элементы обозначены одинаковыми позициями.

На фиг.1 показано устройство точечного определения местонахождения железнодорожного транспортного средства V, движущегося в направлении X по железнодорожному пути VF, содержащему наземные устройства, в основном представляющие собой известные сигнальные маяки 1, оборудованные схемами излучения электромагнитных сигналов (в данном случае схемами в виде простого контура) и электроникой управления. Эти маяки 1 закреплены вдоль железнодорожного пути в известных местах.

Устройство определения местонахождения содержит также приборы, установленные на борту железнодорожного транспортного средства V и представляющие собой в основном принимающую антенну 2, содержащую принимающие схемы, которые будут подробно описаны ниже, и соединенную с блоком 3 оценки. Блок 3 оценки, который может быть вычислительным устройством, получает питание от своего собственного преобразователя. Антенна 2 находится под транспортным средством V в таком месте, чтобы антенна 2 проходила по оси маяков 1, когда транспортное средство V движется по железнодорожному пути VF. Железнодорожное транспортное средство может быть поездом региональной дороги, метропоездом и т.д. Предпочтительно, как показано на фиг.1, антенну устанавливают на моторном вагоне или на локомотиве транспортного средства V.

На фиг.2 показаны принимающие схемы известной антенны 2', описанной в вышеупомянутом патенте EP-1 227 024. Эта антенна 2' содержит первую принимающую схему в виде простого контура A' и вторую принимающую схему в виде контура-восьмерки B', при этом последний является по существу концентричным с простым контуром первой принимающей схемы. Эти две схемы показаны со смещением на плоскости фигуры для большей ясности. В реальности оба контура A' и B' расположены друг над другом и, как известно, смонтированы на не показанной общей плоской подложке.

Первая принимающая схема A' предназначена для улавливания сигнала, излучаемого маяком 1, и соединена с блоком 3 оценки транспортного средства V, который обеспечивает анализ данных, передаваемых маяком 1, когда над ним проходит антенна 2'.

Размер контура в виде восьмерки предпочтительно является близким к размеру излучающего контура (не показан) маяка 1.

Фиг.3 позволяет понять работу этой известной антенны 2' во взаимодействии с маяком 1.

Когда транспортное средство V приближается к маяку 1 и когда излучатель антенны 2' транспортного средства V оказывается в зона контакта с маяком 1, маяк 1 излучает электромагнитный сигнал, характеризующий передаваемую информацию. Следует отметить, что, как известно, маяк 1 активируется в зоне контакта за счет питания в виде излучения от излучателя бортовой антенны 2' транспортного средства V (Это питание маяка 1 реализуют, например, путем интегрирования в маяк антенной схемы, оборудованной принимающей катушкой, последовательно соединенной с первичной обмоткой развязывающего трансформатора, вторичная обмотка которого соединена с излучающей схемой маяка).

Этот сигнал улавливается двумя контурами A' и B' антенны 2' транспортного средства V. Мощность сигнала, принимаемого контуром A' и контуром B', в зависимости от перемещения антенны 2', установленной на транспортном средстве V, вдоль оси X при прохождении зоны контакта с маяком 1 показана на фиг.3. Речь идет о диаграмме направленности, то есть, как было указано выше, о характеристике амплитуды мощности магнитного поля сигнала в зависимости от перемещения антенны 2' вдоль оси X.

Эта диаграмма является упрощенным и приблизительным графиком, который позволяет произвести более простые анализ/обработку, чем при трехмерном отображении магнитного поля.

Согласно этой диаграмме, контур A' принимает сигнал S_A'. Этот сигнал содержит главный лепесток PL_A' имеющий форму колокола и проходящий на относительно широком участке, центрованном по зоне контакта с маяком 1, причем центр соответствует началу 0 системы координат OXY диаграммы. В начале и в конце зоны контакта с маяком амплитуда сигнала изменяется, доходя до нуля в начале и на выходе (0_A') зоны контакта с присутствием вторичных лепестков LSA' по обе стороны от главного лепестка LPA', имеющих максимальную амплитуду, намного меньшую, чем главный лепесток. Если этот сигнал отобразить в трех измерениях, то получим колокол, обращенный вниз и центрованный по центру контура и концентрично охваченный впадиной, обращенной вверх и соответствующей вторичным лепесткам. Появление участка сигнала в виде выступа (колокола) или в виде впадины означает, что участки сигнала смещены по фазе.

Контур B' в виде восьмерки принимает сигнал S_B', который изменяется по амплитуде в начале и в конце зоны контакта с маяком 1 (точки O_B') и который является нулевым в центре зоны контакта, то есть когда точка перекрещивания контура в виде восьмерки оказывается на одной линии с излучающим контуром маяка 1. Таким образом, сигнал состоит из двух центральных лепестков LM_B', обращающихся в ноль в начале координат, по обе стороны от которых опять появляются вторичные лепестки LS_B', амплитуда которых гораздо меньше амплитуды центральных лепестков. Сравнив сигналы S_A' и S_B', можно отметить, что точки обращения в ноль Од' смещены на оси X по отношению к точкам обращения в ноль O_B' и что максимум амплитуды лепестка L_PA' сигнала S_A' соответствует точке обращения в ноль сигнала S_B' (точка 0). Точки обращения в ноль ОВ' сигнала контура B' соответствуют в этом примере максимумам вторичных лепестков LS_A' сигнала контура A'.

В нижней части фиг.3 показано измерение сдвига фаз φ сигналов S_A' и S_B' после обработки фильтром низких частот таким образом, чтобы отфильтровать гармоники, связанные с фазовым детектированием. Имеет место смещение фаз в O между двумя центральными лепестками LM_B' сигнала, принятого контуром-восьмеркой, и обнаружение этого смещения фаз позволяет определить, когда (момент T) антенна точно направлена на маяк, что и является поставленной задачей. Однако присутствие вторичных лепестков на сигналах может привести в детектированию паразитных смещений фаз и, следовательно, к ошибочному обнаружению центровки между маяком и антенной в момент Tp. Эти «шумы» в процессе обнаружения вынудили ввести порог мощности Pmin (для удобства показанный на уровне сигнала, принятого контуром A', в его диаграмме направленности) на уровне, превышающем максимум амплитуды вторичных лепестков сигналов, принимаемых двумя контурами. При этом производят фильтрацию принятых сигналов, сохраняя только часть сигналов, находящуюся над этим порогом Pmin, и, таким образом, из обработки сигналов исключают часть, соответствующую их вторичным лепесткам: таким образом, обеспечивают точность определения момента T. Однако, вводя порог мощности Pmin, как было указано выше, сталкиваются с ограничениями на размеры, ограничениями на размещение и перенастройку бортовой антенны.

На фиг.4 аналогично фиг.2 показаны принимающие схемы антенны 2 в соответствии с настоящим изобретением. Она содержит первую принимающую схему в виде простого контура A, аналогичного контуру A', показанному на фиг.2, и вторую принимающую схему в виде контура-восьмерки B с точкой перекрещивания, разделяющей два витка B1, В2. Этот контур аналогичен контуру B', показанному на фиг.2. Кроме того, она содержит третью принимающую схему в виде контура C, содержащего три витка, разделенные двумя точками перекрещивания: центральный виток С2, расположенный между двумя внешними витками C1, C3. Три схемы расположены друг над другом и смонтированы на не показанной общей плоской подложке. В этом иллюстративном примере три контура имеют близкие габариты (под габаритом следует понимать огибающую их периметров), но изобретение можно также применять для контуров разных размеров, при этом третий контур С может быть, в частности, больше, чем, по меньшей мере, один из двух других контуров A и B. Три контура A, B, C имеют одинаковую продольную ось симметрии X, лежащую в их плоскости π (если предположить, что все три контура лежат именно в одной плоскости π, тогда как в реальности они могут быть расположены в параллельных плоскостях, очень близких друг к другу), и одинаковую поперечную ось симметрии Y, проходящую через середину простого контура A, витка С2 и точки перекрещивания контура B в виде восьмерки. Все контуры A, B и C центрованы между собой и конфигурированы таким образом, чтобы не иметь между собой связи или иметь только ничтожную остаточную связь. Таким образом, сигнал, принимаемый от маяка тремя контурами, не претерпевает возмущений от помех между принимающими контурами.

На фиг.5 аналогично фиг.3 показаны диаграммы направленности трех контуров. Для контуров A и B показана форма сигнала SA, аналогичная форме сигнала согласно известному решению, показанной на фиг.3: контур A имеет главный лепесток LP_A в виде колокола, максимум которого соответствует прохождению маяка поперечной осью Y симметрии контуров, с двумя точками обращения в ноль OA и, по обе стороны от этого лепестка, - два вторичных лепестка LS_A.

Сигнал SB контура В тоже аналогичен сигналу контура B в виде восьмерки из примера известного решения с двумя центральными лепестками LM_B, тремя точками обращения в ноль, из который одна разделяет два центральных лепестка и равна началу 0 координат, а две точки обращения в ноль ОВ отделяют каждая центральные лепестки от вторичного лепестка LS_B.

Сигнал SC контура C с тремя витками содержит главный лепесток LP_C, который центрован по оси Y и имеет два максимума M_C и M'_C, соединенные впадиной, минимум Min_C которой центрован на оси Y и находится, таким образом, в соответствии с максимумом лепестка LP а контура A и с точкой обращения в ноль контура-восьмерки (соответствующей его точке перекрещивания). Присутствие этого минимума связано с тем, что площадь витков С1 и C3 немного меньше площади центрального витка С2. Таким образом, получают незначительный дисбаланс между магнитными полями, соответствующими каждому из витков, при этом интеграл остается слегка положительным. Сигнал SC контура C содержит также два вторичных лепестка, каждый из которых отделен от главного лепестка LP_C точкой обращения в ноль OC.

Пунктирные вертикальные линии Li, показанные на фиг.5, проходят через максимумы и через точки обращения в ноль трех сигналов S_A, S_B и S_C.

Фиг.4 и 5 расположены таким образом, чтобы показать соответствие между этими максимумами и этими точками обращения в ноль и геометрической формой соответствующих контуров. Как можно отметить, в этом примере вертикальная линия L3 проходит через точку обращения в ноль OC, которая находится напротив точки перекрещивания между витком С1 и витком С2 контура C. Линия L4, проходящая через максимум сигнала SA и через точку обращения в ноль контура B в виде восьмерки и через минимум Min контура C, находится напротив середины главного витка С2 контура C, напротив точки перекрещивания контура-восьмерки B и проходит через середину простого контура A. Следует отметить, что точки обращения в ноль O_A, O_B и O_C, отделяющие вторичные лепестки трех сигналов от смежного лепестка, смещены относительно друг друга и что по положению этих вторичных лепестков, если для каждого из сигналов они расположены симметрично относительно оси Y, они не совпадают друг с другом. В других вариантах выполнения антенны в соответствии с настоящим изобретением это относительное смещение лепестков от одного контура к другому может меняться.

Кроме того, последовательные лепестки каждого из сигналов имеют магнитные поля, смещенные по фазе относительно друг друга. Чтобы лучше показать, как работает изобретение, различным лепестками каждого из сигналов на фиг.5 последовательно присвоили знаки +и -.

Как можно понять из таблицы на фиг.6, способ обнаружения в соответствии с настоящим изобретением состоит в использовании этого смещения фаз, «разделяя» сигналы на сегменты вертикальными линиями Li, проходящими через точки обращения в ноль сигналов. Три первых строки, обозначенные A, B, C, в таблице показывают фазу магнитного поля, улавливаемого соответственно контурами A, B и C, для каждого из рассматриваемых сегментов с присвоением им знака «+» или знака «-». Знак «X» указывает на неопределенность в фазе магнитного поля, связанную с обращением в ноль магнитного поля.

Три следующих строки таблицы показывают для каждой из трех пар контуров, А+В. А+С и В+С, относительное смещение фаз между указанными парами в соответствии с двоичным кодированием, которое будет принимать значение «O», если магнитные поля двух контуров рассматриваемой пары находятся в фазе (что выражается соответствующими сегментами, которые оба имеют знак «+» или знак «-» в трех первых строках таблицы), и которое принимает значение «1», если магнитные поля двух контуров рассматриваемой пары смещены по фазе на 180° (что выражается соответствующими сегментами, один из которых имеет знак «+», а другой знак «-» в трех первых строках таблицы). «X» получают в случае, когда один из соответствующих сегментов рассматриваемой пары имеет знак «X» с сохранением неопределенности. Эта комбинация представляет собой тип «исключающее ИЛИ», обычно называемое также «XOR» на языке информатики.

Наконец, строка таблицы, обозначенная "Sq" является десятичным считыванием трех предыдущих пар А+В, А+С и В+С. «X» показывает возможность колебания значения последовательности между ее левым значением и ее правым значением. Таким образом, полученная последовательность, указанная в таблице, соответствует 0-5-3-0-5-6-0-5 или 5-0-6-5-0-3-5-0 в зависимости от направления прохождения маяка 1 антенной 2. Получение той или иной из этих последовательностей определяет искомый момент центровки маяк/антенна.

Следует отметить, что центровку маяка относительно антенны можно обнаружить, не «дожидаясь» получения одной или другой из вышеуказанных полных характеристических последовательностей. Достаточно получить характеристический участок этой последовательности. Так, уже после получения участка последовательности 3-0-5 или 6-0-5 можно определить центровку маяк/антенна.

Можно также считать, что характеристический участок последовательности содержит не три, а четыре или пять цифр.

Когда способ использует только участок последовательности, он устанавливает последовательность только с получением заранее определенного характеристического участка последовательности (по сути дела, речь идет скорее о паре участков последовательности в зависимости от направления прохождения маяка). После определения центровки нет смысла в нахождении полной последовательности, что упрощает применение способа.

Следует также отметить, что описанный способ обнаружения в соответствии с настоящим изобретением предусматривает также этапы фильтрации, обработки, подробное описание которых опускается, так как они хорошо известны специалистам в области обработки сигнала.

Вместе с тем, можно упомянуть два вида обработки, представляющих интерес в рамках применения способа в соответствии с настоящим изобретением:

- можно предусмотреть фильтрацию, в частности, цифровую фильтрацию сигналов, таким образом, чтобы при считывании характеристических последовательностей или участков последовательности можно было абстрагироваться от колебания сигналов вблизи сегментов со знаком «X» (см. таблицу 6). Таким образом, все «X» исключают из характеристических последовательностей, в противном случае их следовало бы выявлять, а затем отфильтровывать.

- можно предусмотреть, чтобы способ принимал во внимание только первое проявление центровки маяк/антенна во время считывания характеристической последовательности или участка последовательности, в частности, при помощи операции цифровой фильтрации. Действительно, в противном случае можно получить несколько проявлений центровки, из которых точным будет только одно, а следующие будет следствием вибраций или колебаний улавливаемых и анализируемых сигналов.

Способ в соответствии с настоящим изобретением предусматривает этап считывания диаграмм направленности, чтобы на их основании определить кодирование относительных смещений фаз сигналов различных принимающих схем. В альтернативном варианте, не выходя за рамки изобретения, эти смещения фаз можно получать без формального построения этих диаграмм.

Таким образом, способ в соответствии с настоящим изобретением предусматривает обработку сигналов, принимаемых антенной 2, в том числе, кроме возможных этапов обработки типа усиления, фильтрацию, в детали которой мы не будем вдаваться, этап измерения смещений фаз участков сигналов, принятых тремя контурами, этапы кодирования и, наконец, этап упорядочения последовательностей с целью сравнения с характеристическими последовательностями, указывающими на центровку антенны 2 относительно маяка 1. Наличие двух разных последовательностей в зависимости от направления прохождения маяка 1 позволяет не только получить информацию о моменте T центровки маяк/антенна 2, но также информацию о направлении движения железнодорожного транспортного средства V по железнодорожному пути VF.

Способ применяют при помощи информативных и/или электронных средств. Они могут уже присутствовать в блоке 3 оценки, связанном с антенной, либо можно предусмотреть добавление соответствующих средств, соединяемых с антенной, для обеспечения измерения, кодирования, упорядочения последовательностей и сравнения, включив их в блок 6 или используя отдельно.

При использовании такой антенны и применении такого способа больше нет необходимости в фильтрации с минимальным порогом мощности, как в известном решении. Таким образом, антенну можно установить на транспортном средстве без строгого соблюдения требований к размерам и увеличить сроки между операциями обслуживания, что намного расширяет сферу ее применения. При этом достигают высокой точности определения местонахождения транспортного средства в пространстве и времени, что позволяет применять этот способ для любого типа транспортного средства, в том числе транспортных средств с автоматическим управлением, требующих очень высокой точности (+/-5 см). Следует также отметить, что антенна в соответствии с настоящим изобретением является очень простой в выполнении и может иметь очень умеренные габариты по сравнению с существующими антеннами, кроме того, способ ее применения требует только уже существующих/известных классических электронных/информативных средств, которые остается только запрограммировать соответствующим образом.

Следует отметить, что антенна в соответствии с настоящим изобретением может взаимодействовать с маяками, соответствующими европейскому стандарту EUROBALISE (то есть, обеспечивающими установление сообщения путем магнитной связи с антенной транспортного средства в частотном диапазоне 3,9-4,5 МГц, и преимуществом этих маяков является то, что она являются компактными при длине примерно 50 см и легкими при весе примерно 5 кг).

Следует уточнить, что в рамках настоящего изобретения, как известно, железнодорожное транспортное средство можно оборудовать не одной, а несколькими бортовыми антеннами в соответствии с настоящим изобретением. Каждая антенна может содержать свои собственные информативные/электронные средства обработки. Две антенны можно установить на одном вагоне или на разных вагонах. Каждая из антенн может быть активной. В альтернативном варианте одна антенна может быть активной, а другая нет, при этом можно предусмотреть соответствующие средства, чтобы в случае неисправности активной антенны ее можно было не принимать в расчет и заменить другой антенной.

Реферат

Изобретение относится к технике связи и предназначено для определения местонахождения железнодорожного транспортного средства (V) вдоль железнодорожного пути (VF) при помощи ряда сигнальных маяков, которые взаимодействуют с антенной, установленной на железнодорожном транспортном средстве. Технический результат - повышение точности определения местонахождения железнодорожного транспортного средства. Антенна выполнена с возможностью улавливать электромагнитный сигнал, характеризующий информацию, передаваемую маяком, когда мимо него проходит указанное железнодорожное транспортное средство, и содержит первую принимающую схему в виде простого контура и вторую принимающую схему в виде контура с двумя витками в виде восьмерки. Антенна дополнительно содержит третью принимающую схему в виде контура с тремя витками, причем центральный виток расположен между двумя крайними витками, при этом первая, вторая и третья принимающие схемы расположены друг над другом, причем все три принимающие схемы имеют по существу одну и ту же продольную ось симметрии (X) и по существу одну и ту же поперечную ось симметрии (Y). 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 6 ил.

Формула