Антенный модуль спутниковой связи пассажирского поезда

Антенный модуль спутниковой связи пассажирского поезда

Реферат

Изобретение относится к области средств беспроводной связи, а именно радиосвязи между абонентами, по крайней мере, один из которых расположен в средстве передвижения, и может быть использовано для обеспечения поезда, предпочтительно, пассажирского беспроводной адресной аварийной сигнализацией и связью, в том числе и внутренней для пассажирского поезда, а также связью с удаленными абонентами.

Известен (RU, патент 49663) корабельный комплекс УКВ радиосвязи, содержащий в своем составе групповой пульт управления, шину сопряжения и антенно-развязывающие устройства, при этом комплекс связи выполнен в виде модулей - антенного модуля, приемопередающего модуля и группового пульта управления, причем в антенный модуль входит передающий антенный модуль, приемный антенный модуль и коммутируемый усилитель-разветвитель, в приемопередающий модуль входит набор: усилитель мощности, радиоприемное устройство и возбудитель, а в групповой пульт управления входит автоматизированное рабочее место оператора, сетевой коммутатор, управляемый коммутатор, блок формирования и обработки информации, блок модемов, блок питания, вычислительная система центрального процессора и шина сопряжения, причем передающий антенный модуль через коммутируемый усилитель-разветвитель, усилитель мощности и возбудитель соединен с управляемым коммутатором и с шиной управления, при этом шина управления через радиоприемные устройства соединена с приемным антенным модулем, а также с блоком формирования и обработки информации и с вычислительной системой центрального процессора, которая через шину сопряжения соединена с комплексом связи с системой управления и блоком формирования и обработки информации, который, в свою очередь, соединен с шиной управления и шиной сопряжения через блок модемов.

Недостатком известного антенного модуля следует признать его конструктивную сложность, а также отсутствие направленности излучения/приема радиосигнала, что может привести к нарушению связи.

Известен (RU, патент 2210845) антенный модуль для приема сигналов спутниковых систем, содержащий антенный блок с основанием, куполом и размещенным на основании под куполом приемно-усилительным узлом, причем основание антенного блока, служащее антенным экраном, выполнено из токопроводящего материала, а купол, служащий обтекателем, выполнен из диэлектрического радиопрозрачного материала, причем антенный блок своим основанием размещен в чашеобразном углублении диэлектрической подставки, обеспечивающей электрическую изоляцию основания антенного блока от металлической трубчатой опоры, при этом в чашеобразном углублении диэлектрической подставки в зоне, свободной от размещения антенного блока, выполнены отверстия для водостока, металлическая трубчатая опора соединена своей верхней частью с выступом, выполненным в нижней части диэлектрической подставки, а в выступе выполнено сквозное отверстие для размещения закрепленного на основании антенного блока первого высокочастотного соединителя, предназначенного для отвода принятых и усиленных антенным блоком сигналов и подвода к нему внутреннего напряжения питания антенного модуля, с антенным блоком соединен расположенный внутри металлической трубчатой опоры усилительный блок, предназначенный для дополнительного усиления сигналов посредством собственного усилителя, а также для формирования внутреннего напряжения питания антенного модуля для усилителей антенного и усилительного блоков посредством ограничителя-стабилизатора постоянного напряжения, усилительный блок имеет второй и третий высокочастотные соединители, расположенные на противоположных концах его токопроводящего корпуса, электрически изолированного от металлической трубчатой опоры, причем второй высокочастотный соединитель соединен с первым высокочастотным соединителем, а третий высокочастотный соединитель предназначен для подключения высокочастотного коаксиального кабеля, служащего для отвода принятых и усиленных антенным модулем сигналов и подвода внешнего напряжения питания от внешнего источника питания, при этом основание антенного блока, корпус усилительного блока и наружные проводники всех высокочастотных соединителей в рабочем режиме находятся под общим электрическим потенциалом E₀ - потенциалом "Земля", внутренний проводник третьего высокочастотного соединителя в рабочем режиме находится под электрическим потенциалом E₁ - потенциалом "Питание внешнее", а внутренние проводники первого и второго высокочастотных соединителей в рабочем режиме находятся под электрическим потенциалом E₂ - потенциалом "Питание внутреннее", где E₁>E₂>E₀, E₁-E₀=U_П, E₂-E₀=U_ст, U_П - внешнее напряжение питания, поступающее от внешнего источника питания, U_ст=const - внутреннее напряжение питания антенного модуля, формируемое в усилительном блоке ограничителем-стабилизатором постоянного напряжения и предназначенное для питания усилителей антенного и усилительного блоков.

Недостатком известного антенного модуля следует признать его конструктивную сложность, а также отсутствие направленности излучения/приема радиосигнала, что может привести к нарушению радиосвязи.

Техническая задача, решаемая посредством разработанного технического решения, состоит в разработке конструкции антенного модуля, применимого для обеспечения надежной внешней радиосвязи из вагонов и локомотива пассажирского поезда.

Технический результат, получаемый при реализации разработанной конструкции, состоит в повышении безопасности эксплуатации пассажирского поезда путем обеспечения устойчивой связи, в том числе, и голосовой, пассажиров и технического персонала поезда с удаленными объектами, в том числе, с диспетчерской службой движения и органами охраны правопорядка.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать антенный модуль разработанной конструкции. Разработанный антенный модуль спутниковой связи пассажирского поезда содержит антенну для приема и передачи радиосигналов в спутниковой системе ИНМАРСАТ, подключенную к системе управления антенны ИНМАРСАТ, включающей блок наведения, содержащий, по меньшей мере, один двигатель, и блок электронных устройств, включающий малошумящий усилитель и радиоприемопередающее устройство, антенну для приема радиосигнала от навигационных систем ГЛОНАСС и/или GPS, при этом антенный модуль содержит защитный кожух для системы наведения антенны ИНМАРСАТ, по меньшей мере, два гироскопических датчика положения антенны ИНМАРСАТ, подключенных к системе управления антенной ИНМАРСАТ, по меньшей мере, один радиатор охлаждения двигателя системы наведения антенны ИНМАРСАТ, средство подогрева антенны ИНМАРСАТ, содержащее блок управления, к которому подключены датчик температуры, по меньшей мере, один нагревательный элемент антенны ИНМАРСАТ и, по меньшей мере, один нагревательный элемент для гироскопических датчиков, причем все электрические и электронные элементы модуля выполнены с возможностью подключения к системе электропитания пассажирского поезда. Предпочтительно, в зависимости от условий использования модуля устройство управления антенной ИНМАРСАТ представляет собой процессор, или микроконтроллер, или контроллер.

Международная организация ИНМАРСАТ (Inmarsat International Mobile Satellite Organization) является межправительственной организацией, действующей на коммерческой основе. Во владении и эксплуатации ИНМАРСАТ находится глобальная сеть спутниковой связи, которая используется международной группой поставщиков услуг, предлагающих полный спектр всех видов мобильной связи в воздухе, на суше и на море. Пользователями системы являются морские и речные суда, спасательные организации и министерства по чрезвычайным ситуациям, транспортные компании, авиалинии, авиапассажиры и органы управления воздушным движением, работники государственных учреждений, подразделения гражданской обороны, а также главы государств.

Как указано ранее, разработанный антенный модуль спутниковой связи пассажирского поезда содержит антенну для приема и передачи радиосигналов в спутниковой системе ИНМАРСАТ, подключенную к системе управления антенны ИНМАРСАТ, включающей блок наведения, содержащий, по меньшей мере, один двигатель, и блок электронных устройств, включающий малошумящий усилитель и радиоприемопередающее устройство. Использование указанной антенны ИНМАРСАТ позволяет на всей поверхности Земли, на которой расположены средства рельсового транспорта, использовать надежную глобальную спутниковую систему мобильной связи. Система наведения указанной антенны ИНМАРСАТ позволяет в любой точке земной поверхности расположить указанную антенну оптимальным образом для получения максимального радиосигнала. Блок наведения антенны ИНМАРСАТ предназначен для механического изменения положения указанной антенны в пространстве. Предпочтительно указанный блок содержит более одного электрического двигателя, подключенного напрямую или через сопрягающие устройства к системе электрического питания пассажирского поезда. В зависимости от условий эксплуатации антенного модуля (по величине ослабления/усиления радиосигнала или по реальным координатам места нахождения пассажирского поезда) проводят (предпочтительно в автоматическом режиме за счет использования управляющего блоком наведения электронным блоком, предпочтительно, выполненным на базе микропроцессора) коррекцию положения антенны ИНМАРСАТ в пространстве с целью получения максимального радиосигнала. Для более точной ориентации антенны используют корректирующие сигналы, поступающих от установленных в разработанном антенном модуле гироскопических датчиков в электронный блок, управляющий перемещением антенны ИНМАРСАТ. Кроме того, к антенне ИНМАРСАТ подключен для формирования передаваемого сигнала блок электронных устройств, включающий малошумящий усилитель и радиоприемопередающее устройство. Малошумящий усилитель позволяет усилить передаваемый сигнал перед попаданием его в радиоприемопередающее устройство, выход которого подключен к антенне ИНМАРСАТ. Кроме того, разработанный антенный модуль содержит антенну для приема радиосигнала от навигационных систем ГЛОНАСС и/или GPS. Указанный радиосигнал позволяет, с одной стороны, более точно ориентировать антенну ИНМАРСАТ и, с другой стороны, позволяет точно определить истинное место нахождения пассажирского поезда. Информация об истинном местонахождении пассажирского поезда позволяет диспетчерскому пункту любого уровня успешно контролировать движение железнодорожных составов.

Поскольку антенный модуль разработанной конструкции предназначен для работы в любых погодных и климатических условиях, он должен содержать управляемые средства обогрева/охлаждения чувствительных к изменению температуры элементов модуля. Так, в частности, антенный модуль содержит защитный кожух для системы наведения антенны ИНМАРСАТ, по меньшей мере, один радиатор охлаждения двигателя системы наведения антенны ИНМАРСАТ, средство подогрева антенны ИНМАРСАТ, содержащее блок управления температурой, к которому подключены датчик температуры, по меньшей мере, один нагревательный элемент антенны ИНМАРСАТ и, по меньшей мере, один нагревательный элемент для гироскопических датчиков. Используемый дополнительно введенный защитный кожух предназначен в основном для распределения тепла, излучаемого средством подогрева на редукторы двигателей системы наведения антенны, а так же для защиты редукторов системы наведения от конденсата и пыли. Использование датчика температуры, выполненного в любом варианте с обеспечением возможности определения температуры внутри антенного модуля (и, соответственно, всех входящих в него конструктивных элементов) и подключенного к блоку управления температурой, обеспечивает создание оптимальной температуры для каждого конструктивного узла разработанного антенного модуля.

Все электрические и электронные элементы модуля выполнены с возможностью подключения к системе электропитания пассажирского поезда. Указанное подключение может быть реализовано как через систему разъемов, размещенных на корпусе антенного модуля, так и через индивидуальные соединения.

В зависимости от условий использования разработанного антенного модуля устройство управления антенной ИНМАРСАТ представляет собой процессор, или микроконтроллер, или контроллер.

Поскольку возможны различные варианты размещения разработанного антенного модуля на вагоне поезда (предпочтительно, штабном), а именно - размещение основных элементов модуля внутри вагона, и только антенны выведены наружу вагона и закрыты радиопрозрачным колпаком, или весь антенный модуль расположен вне помещения вагона, в предпочтительном варианте реализации антенный модуль закрыт защитным кожухом, выполненным, по меньшей мере, частично из материала, стойкого к воздействию внешних условий и прозрачного для радиоволн.

Опыт использования разработанного антенного модуля приведенной конструкции подтвердил достижение указанного технического результата - обеспечение устойчивой связи, в том числе, и голосовой, пассажиров и технического персонала поезда с удаленными объектами, в том числе, с диспетчерской службой движения и органами охраны правопорядка.

Антенный модуль спутниковой связи пассажирского поезда, содержащий антенну для приема и передачи радиосигналов в спутниковой системе ИНМАРСАТ, подключенную к системе управления антенны ИНМАРСАТ, выполненной в виде процессора, микропроцессора или контроллера, блок наведения антенны ИНМАРСАТ, содержащий, по меньшей мере, один двигатель, подключенный напрямую или через сопрягающее устройство к системе электрического питания поезда и корректирующий в автоматическом режиме положение антенны ИНМАРСАТ в пространстве, блок электронных устройств, включающий малошумящий усилитель и радиоприемопередающее устройство, антенну для приема радиосигнала от навигационных систем ГЛОНАСС и/или GPS, размещенную внутри или снаружи вагона, при этом антенный модуль закрыт радиопрозрачным кожухом, выполненным из материала, стойкого к воздействию внешних условий, блок наведения антенны ИНМАРСАТ содержит защитный кожух, по меньшей мере, два гироскопических датчика положения антенны ИНМАРСАТ, подключенных к системе управления антенной ИНМАРСАТ, по меньшей мере, один радиатор охлаждения двигателя системы наведения антенны ИНМАРСАТ, средство подогрева антенны ИНМАРСАТ, содержащее блок управления температурой, к которому подключены датчик температуры, по меньшей мере, один нагревательный элемент антенны ИНМАРСАТ и, по меньшей мере, один нагревательный элемент для гироскопических датчиков, причем все электрические и электронные элементы модуля выполнены с возможностью подключения к системе электропитания пассажирского поезда.