Способ и система радиочастотной идентификации и позиционирования железнодорожного транспорта

Способ и система радиочастотной идентификации и позиционирования железнодорожного транспорта

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области организации и управления движением на железных дорогах и предназначено для идентификации радиочастотных меток, размещенных на пути следования железнодорожного транспорта.

Известны способы и системы радиочастотной идентификации и позиционирования железнодорожного транспорта (авт. св. СССР №№457.030, 498.197, 931.515, 977.251; патенты РФ №№2.054.694, 2.189.599, 2.191.127, 2.203.821, 2.222.030, 2.314.956, 2.314.957, 2.346. 840, 2.380.261, 2.397.094, 2.408.026, 2.499.714; патенты США №№3.771.119, 4.551.725, 4.739.328, 6.903.656, 7.072.747; патенты Великобритании №№1.024.735, 2.093.593; патенты ЕР №№0.593.910, 1.112.207 и др.).

Из известных способов и систем наиболее близкими к предлагаемым являются «Способ и система радиочастотной идентификации и позиционирования железнодорожного транспорта» (патент РФ №2.499.714, B61L 25/02, 2012), которые выбраны в качестве прототипа.

Способ радиочастотной идентификации и позиционирования железнодорожного транспорта состоит в том, что на каждом участке пути располагают, как минимум, две радиочастотные метки. Первую метку размещают на подъезде к участку остановки, а вторую размещают в месте остановки. Также по обеим сторонам пути устанавливают дополнительные радиочастотные метки со сдвигом относительно друг друга.

Система для реализации способа содержит две радиочастотные метки на каждом участке пути, устройство управления и считыватель. Система снабжена дополнительными радиочастотными метками и пунктом сбора и обработки информации.

Радиочастотный считыватель 6 содержит первый 12.1, второй 12.2 и третий 12.3 приемники, в состав которых входят фазовые детекторы 22.1, 22.2, 22.3 соответственно. Фазовый детектор 59 входит также в пункт 42 сбора и обработки информации.

Следует отметить, что необходимым условием работы указанных фазовых детекторов является наличие опорного напряжения, имеющего постоянную начальную фазу и частоту, равную частоте принимаемого ФМН сигнала. В указанных блоках опорное напряжение, необходимое для синхронного детектирования принимаемых ФМН сигналов, выделяется непосредственно из самих принимаемых ФМН сигналов. Рассмотрим эту процедуру на примере второго приемника 12.2.

Например, ФМН сигнал (фиг. 10, б):

u₄(t)=U₄·Cos[(w₂t+φ_K2(t)+φ₂],

где φ_k2(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M₁(t) (фиг. 10, а), который отражает внутреннюю структуру ВШП и является идентификационным номером радиочастотной метки 61.j (фиг. 7), w с выхода полосового фильтра 18.2 поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 22.2 и на вход удвоителя 19.2 фазы, на входе которого образуется гармоническое колебание (фиг. 10, в)

u₆(t)=U₆·Cos(2w₂t+2φ₂), 0≤t≤T₁,

где U 6 = 1 2 U 4 2 ; 2φ_К2(t)={0, 2π}.

Это колебание поступает на вход делителя 20.2 фазы на два, на выходе которого образуется гармоническое колебание (фиг. 10)

u₈(t)=U₆·Cos(w₂t+φ₂), 0≤t≤T₁,

которое выделяется узкополосным фильтром 21.2 и поступает на второй (опорный) вход фазового детектора 22.2. В результате синхронного детектирования на выходе фазового детектора 22.2 образуется низкочастотное напряжение (фиг. 10, и)

u_H2(t)=U_H2·Cosφ_K2(t), 0≤t≤T_{1, 1}

где U H 2 = 1 2 U 4 ⋅ U 8 ;

пропорциональное модулирующему коду М₂(t) (фиг. 10, а).

Описанная выше работа фазового детектора 22.2 соответствует идеальному случаю, когда отсутствуют помехи и явление «обратной работы».

Под действием помех и других дестабилизирующих факторов возникает явление «обратной работы», которое объясняется неустойчивой работой делителя 20.2 фазы на два. При равновероятных значениях манипулируемой фазы сигнала φ_K2(t)={0, π} отсутствует признак, который позволял бы привязать фазу φ₂ опорного напряжения U₈(t) к одной из фаз сигнала. Поэтому фаза φ₂ опорного напряжения U₈(t) всегда имеет два устойчивых состояния φ₂ и φ₂+π. Это легко показать аналитически.

Если провести деление, аналогичное предыдущему, но предварительно добавив к аргументу угол 2π, что не изменяет исходного напряжения, то после деления на два получится напряжение, сдвинутое по фазе на π

Следовательно, двузначность фазы полученного напряжения вытекает из самого процесса деления. Физически указанная двузначность объясняется неустойчивой работой делителя 20.02 фазы на два.

Явление «обратной работы» обусловлено скачкообразными переходами фазы опорного напряжения u₈(t) (фиг. 10, г) из одного состояния φ₂ в другое φ₂+π под действием помех, кратковременного прекращения приема и других дестабилизирующих факторов. Эти переходы за время приема ФМН сигнала происходят в случайные моменты времени, например t₁, t₂. При этом на выходе фазового детектора 22.2 выделяется искаженное низкочастотное напряжение u_H2(t) (фиг. 10, а), не пропорциональное модулирующему коду М₂(t) (фиг. 10, а), что приводит к снижению надежности дистанционного мониторинга железнодорожного транспорта.

Кроме того, пункт 42 сбора и обработки информации построен по супергетеродинной схеме, в которой одно и то же значение промежуточной частоты ω_up может быть получено в результате приема сигналов на двух частотах ω_c и ω_з и т.п.

ω_up=ω_c-ω_г и ω_up=ω_г-ω_з.

Следовательно, если частоту настройки ω_с принять за основной канал приема, то наряду с ним будет иметь место зеркальный канал приема, частота ω_з которого отличается от частоты ω_с на 2ω_up и расположена симметрично (зеркально) относительно частоты ω_r гетеродина (фиг. 9). Преобразование по зеркальному каналу приема происходит с тем же коэффициентом преобразования К_пр, что и по основному каналу приема. Поэтому он наиболее существенно влияет на избирательность и помехоустойчивость панорамного приемника.

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

,

где ω_Ki - частота i-го комбинационного канала;

ω, n, i - целые положительные числа.

Наиболее вредными комбинационными каналами приема являются каналы, образующиеся при взаимодействии первой гармоники частоты сигнала с гармониками частоты гетеродина малого порядка (второй, третьей), так как чувствительность панорамного приемника по этим каналам близка к чувствительности основного канала приема. Так, двум комбинационным каналам при m=1 и n=2 соответствуют частоты:

ω_K1=2ω_г-ω_up и ω_K2=2ω_г+ω_up.

Наличие ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам, приводит к снижению помехоустойчивости и надежности мониторинга железнодорожного транспорта.

Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости и надежности дистанционного мониторинга железнодорожного транспорта путем устранения явления «обратной работы» и ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам.

Поставленная задача решается тем, что способ радиочастотной идентификации и позиционирования железнодорожного транспорта, состоящий в том, что на каждом участке железнодорожного пути при подъезде к месту остановки, по каждому направлению движения, располагают, как минимум, две радиочастотные метки, при этом первую метку размещают на подъезде к участку остановки, а вторую размещают в месте остановки, а устройством управления, расположенным на железнодорожном транспортном средстве, обрабатывают информацию, поступающую с устройства измерения скорости и через радиочастотный считыватель с первой радиочастотной метки, расположенной на участке железнодорожного пути при подъезде к месту остановки на известном расстоянии от второй радиочастотной метки на данном участке пути, и вырабатывают управляющий сигнал для тормозной системы железнодорожного транспортного средства, которая осуществляет по заранее заданному закону процесс торможения таким образом, чтобы к моменту достижения железнодорожным транспортным средством второй радиочастотной метки скорость железнодорожного транспортного средства была бы близка к нулевой, а остановку железнодорожного транспортного средства осуществляют сигналом, полученным радиочастотным считывателем со второй радиочастотной метки, при этом характеристики участка пути до места остановки кодируют в первой радиочастотной метке, а информацию второй радиочастотной метки логически связывают с информацией первой метки, при этом на пути следования железнодорожного транспортного средства по обеим сторонам железнодорожного пути устанавливают дополнительные радиочастотные метки со сдвигом относительно друг друга, в радиочастотном считывателе формируют три гармонические колебания с частотами w₁, w₂ и w₃ соответственно, усиливают их по мощности и излучают в эфир тремя приемопередающими антеннами соответственно, при этом гармоническим колебанием с частотой w₁ облучают первую и вторую радиочастотные метки при подъезде железнодорожного транспортного средства к месту остановки, а двумя другими гармоническими колебаниями с частотами w₂ и w₃ облучают дополнительные радиочастотные метки, расположенные слева и справа от железнодорожного пути соответственно, принимают указанные гармонические колебания радиочастотными метками, настроенными на соответствующие частоты, в каждой радиочастотной метке гармоническое колебание преобразуют в акустическую волну, обеспечивают ее распространение по поверхности пьезокристалла и обратное отражение, преобразуют отраженную акустическую волну в сложный сигнал с фазовой манипуляцией, внутренняя структура которого соответствует структуре встречно-штыревого преобразователя, переизлучают его в эфир, улавливают приемником считывателя, умножают и делят фазу принятого сложного сигнала с фазовой манипуляцией на два, выделяют гармоническое колебание и используют его в качестве опорного напряжения для синхронного детектирования принятого сложного сигнала с фазовой манипуляцией, выделяют низкочастотное напряжение, соответствующее структуре встречно-штыревого преобразователя, сложный сигнал с фазовой манипуляцией, принятый третьим приемником, перемножают со сложным сигналом с фазовой манипуляцией, принятым вторым приемником и пропущенным через первый блок регулируемой задержки, выделяют низкочастотное напряжение, формируя тем самым первую взаимно корреляционную функцию R₁(τ), где τ - текущая временная задержка, изменением задержки τ поддерживают первую взаимно корреляционную функцию на максимальном уровне, фиксируют временную задержку τ₁ между сигналами, принятыми вторым и третьим приемниками, сложный сигнал с фазовой манипуляцией, принятый вторым приемником, перемножают со сложным сигналом с фазовой манипуляцией, принятым третьим приемником и пропущенным через второй блок регулируемой задержки, выделяют низкочастотное напряжение, формируя тем самым вторую взаимно корреляционную функцию R₂(τ), изменением задержки τ поддерживают вторую взаимно корреляционную функцию на максимальном уровне, фиксируют временную задержку τ₂ между сигналами, принятыми третьим и вторым приемниками, по полученным значениям τ₁ и τ₂ определяют значения скоростей V₁, V₂, пройденного пути S и направление движения железнодорожного транспортного средства, измеренные значения преобразуют в цифровые коды, формируют из них модулирующий код M(t), манипулируют им высокочастотное колебание с частотой w_c, формируя сложный сигнал с фазовой манипуляцией, усиливают его по мощности, излучают в эфир, улавливают пунктом сбора и обработки информации, преобразуют по частоте с использованием гетеродина, который перестраивают по частоте в заданном диапазоне частот, выделяют напряжение промежуточной частоты, измеряют ширину спектра сложного сигнала с фазовой манипуляцией на промежуточной частоте и ширину спектра его второй гармоники, сравнивают их между собой и в случае их значительного различия фиксируют факт обнаружения сложного сигнала с фазовой манипуляцией, прекращают перестройку частоты гетеродина и осуществляют синхронное детектирование обнаруженного сложного сигнала с фазовой манипуляцией, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное модулирующему коду M(t), фиксируют и анализируют его, причем первую приемопередающую антенну считывателя устанавливают на днище железнодорожного транспортного средства, вторую и третью приемопередающие антенны устанавливают слева и справа на кабине машиниста соответственно, а передающую антенну устанавливают сверху на кабине машиниста, отличается от ближайшего аналога тем, что выделенное в каждом приемнике считывателя гармоническое колебание подвергают частотному детектированию и в случае скачкообразных изменений фазы гармонического колебания под воздействием помех и других дестабилизирующих факторов выделяют короткие разнополярные импульсы, формируют с их помощью положительный прямоугольный импульс, длительность которого равна длительности искаженного отрезка гармонического колебания, воздействуют им на фазу искаженного отрезка гармонического колебания, возвращая ее в исходное состояние и обеспечивая стабильность фазы гармонического колебания, полученное гармоническое колебание со стабильной фазой используют в качестве опорного напряжения для синхронного детектирования принятого сложного сигнала с фазовой манипуляцией, на пункте сбора и обработки информации одновременно с напряжением промежуточной частоты

ω_up=ω_c-ω_г,

выделяют напряжение суммарной частоты

ω_Σ=ω_c+ω_г,

где ω_с - частота основного канала приема, ω_г - частота гетеродина, детектируют его и используют для разрешения дальнейшей обработки напряжения промежуточной частоты, для синхронного детектирования обнаруженного сложного сигнала с фазовой манипуляцией умножают и делят его фазу на два, выделяют гармоническое колебание на промежуточной частоте ω_up и используют его в качестве опорного напряжения, гармоническое колебание на промежуточной частоте ω_up подвергают частотному детектированию и в случае скачкообразных изменений фазы гармонического колебания под воздействием помех и других дестабилизирующих факторов выделяют короткие разнополярные импульсы, формируют с их помощью положительный прямоугольный импульс, длительность которого равна длительности искаженного отрезка гармонического колебания промежуточной частоты ω_up, воздействуют им на фазу искаженного отрезка гармонического колебания промежуточной частоты ω_up, возвращая ее в исходное состояние и обеспечивая стабильность фазы гармонического колебания, полученное гармоническое колебание со стабильной фазой на промежуточной частоте ω_up используют в качестве опорного напряжения для синхронного детектирования принятого сложного сигнала с фазовой манипуляцией на промежуточной частоте ω_up.

Поставленная задача решается тем, что система радиочастотной идентификации и позиционирования железнодорожного транспорта, содержащая, по меньшей мере, две радиочастотные метки на каждом участке пути, где необходима остановка, установленные на известных местах железнодорожного пути, и расположенные на железнодорожном транспортном средстве последовательно включенные устройство измерения скорости железнодорожного транспортного средства, устройство управления, второй вход которого соединен с выходом радиочастотного считывателя, и устройство регулирования скорости железнодорожного транспортного средства, дополнительные радиочастотные метки, установленные по пути следования железнодорожного транспортного средства по обеим сторонам железнодорожного пути со сдвигом относительно друг друга, и пункт сбора и обработки информации, при этом радиочастотный считыватель выполнен в виде последовательно включенных устройства управления радиочастотным считывателем, задающего генератора, первого усилителя мощности, первого циркулятора, вход-выход которого связан с первой приемопередающей антенной, первого полосового фильтра, первого удвоителя фазы, первого делителя фазы на два и первого узкополосного фильтра, а также первого фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом первого полосового фильтра, а выход подключен к входу устройства управления радиочастотным считывателем, последовательно подключенных к выходу задающего генератора первого преобразователя частоты, второго усилителя мощности, второго циркулятора, вход-выход которого связан со второй приемопередающей антенной, второго полосового фильтра, второго удвоителя фазы, второго делителя фазы на два и второго узкополосного фильтра, а также второго фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом второго полосового фильтра, сумматора, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом генератора высокочастотных колебаний, четвертого усилителя мощности и передающей антенны, последовательно подключенных к выходу задающего генератора второго преобразователя частоты, третьего усилителя мощности, третьего циркулятора, вход-выход которого связан с третьей приемопередающей антенной, третьего полосового фильтра, третьего удвоителя фазы, третьего делителя фазы на два и третьего узкополосного фильтра, а также третьего фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом третьего полосового фильтра, а выход подключен к второму входу сумматора, последовательно подключенных к выходу второго полосового фильтра первого блока регулируемой задержки, первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом третьего полосового фильтра, первого фильтра нижних частот, первого экстремального регулятора, первого блока регулируемой задержки, блока определения направления движения, первого аналого-цифрового преобразователя и первой линии задержки, выход которой подключен к третьему входу сумматора, последовательно подключенных к выходу третьего полосового фильтра второго блока регулируемой задержки, второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом второго полосового фильтра, второго фильтра нижних частот, второго экстремального регулятора, второго блока регулируемой задержки, блока расчета текущей скорости, второй вход которого соединен с выходом первого блока регулируемой задержки, второго аналого-цифрового преобразователя и второй линии задержки, выход которой соединен с четвертым входом сумматора, последовательно подключенных к выходу блока расчета текущей скорости интегратора, третьего аналого-цифрового преобразователя и третьей линии задержки, выход которой соединен с пятым входом сумматора, второй вход блока определения направления движения соединен с выходом второго блока регулируемой задержки, причем первая приемопередающая антенна считывателя установлена на днище железнодорожного транспортного средства, вторая и третья приемопередающие антенны установлены слева и справа на кабине машиниста соответственно, а передающая антенна установлена сверху на кабине машиниста, пункт сбора и обработки информации выполнен в виде последовательно включенных приемной антенны, усилителя высокой частоты, смесителя, второй вход которого через гетеродин соединен с выходом блока поиска и усилителя промежуточной частоты, последовательно включенных удвоителя фазы, второго анализатора спектра, блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого анализатора спектра, порогового блока, второй вход которого через линию задержки соединен с его выходом, первого ключа, фазового детектора и компьютера, последовательно подключенных к выходу удвоителя фазы делителя фазы на два и узкополосного фильтра, при этом вход блока поиска соединен с выходом порогового блока, каждая радиочастотная метка выполнена в виде пьезокристалла с нанесенными на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем, связанным с микрополосковой антенной, и набором отражателей, при этом встречно-штыревой преобразователь содержит две гребенчатые системы электродов, электроды каждой из гребенок соединены друг с другом шинами, связанными с микрополосковой антенной, отличается от ближайшего аналога тем, что она снабжена четырьмя частотными детекторами, четырьмя триггерами, четырьмя двойными балансными переключателями, усилителем суммарной частоты, амплитудным детектором и вторым ключом, причем к выходу узкополосного фильтра каждого приемника радиочастотного считывателя и пункта сбора и обработки информации последовательно подключены частотный детектор, триггер и двойной балансный переключатель, второй вход которого соединен с выходом узкополосного фильтра, а выход подключен к второму входу фазового детектора, к выходу смесителя последовательно подключены усилитель суммарной частоты, амплитудный детектор и второй ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, а выход подключен к входам удвоителя фазы и первого анализатора спектра и к второму входу первого ключа.

На фиг. 1 показан пример расположения радиочастотных меток 1 и 2 около платформы 3. На фиг. 2 показан пример расположения первой приемопередающей антенны 14.1 на днище железнодорожного транспортного средства. На фиг. 3 показан вариант части системы, находящейся на железнодорожном транспортном средстве. На фиг. 5 показан пример реализации пункта 42 сбора и обработки информации. На фиг. 6 показан пример расположения радиочастотных меток 61j. и 62j слева и справа от железнодорожного пути. На фиг. 7 и 8 показан пример реализации радиочастотных меток 61j и 62.j (j=1, 2, …, m, где m - количество дополнительных радиочастотных меток). Частотная диаграмма, иллюстрирующая образование дополнительных каналов приема, изображена на фиг. 9. Временные диаграммы, поясняющие работу системы, изображены на фиг. 10.

Первая радиочастотная метка 1 располагается на участке железнодорожного пути при подъезде к месту остановки, например к платформе 3, на известном расстоянии от второй радиочастотной метки 2, которая располагается в месте остановки, таким образом, чтобы начало железнодорожного транспортного средства располагалось на линии остановки 4 (фиг. 1).

Устройство 7 управления, расположенное на железнодорожном транспортном средстве, обрабатывает информацию, поступающую с устройства 8 измерения скорости и через радиочастотный считыватель 6 с первой радиочастотной метки 1. Устройство 7 управления на основании полученной информации вырабатывает управляющий сигнал на устройство 9 регулирования скорости железнодорожного транспортного средства, которое осуществляет процесс торможения по заранее заданному закону (фиг. 3). Торможение осуществляется таким образом, чтобы к моменту достижения железнодорожным транспортным средством 5 второй радиочастотной метки 2 скорость железнодорожного транспортного средства 5 была бы близка к нулевой, а остановка железнодорожного транспортного средства осуществляется сигналом, полученным радиочастотным считывателем 6 со второй радиочастотной метки 2 (фиг. 2).

Радиочастотный считыватель 6 содержит последовательно включенные устройство 10 управления, задающий генератор 15, первый усилитель 17.1 мощности, первый циркулятор 13.1, вход-выход которого связан с первой приемопередающей антенной 14.1, первый полосовой фильтр 18.1, первый удвоитель 19.1 фазы, первый делитель 20.1 фазы на два, первый узкополосный фильтр 21.1 первый частотный детектор 73.1, первый триггер 74.1, первый двойной балансный переключатель 75.1, второй вход которого соединен с выходом первого узкополосного фильтра 21.1, и первый фазовый детектор 22.1, второй вход которого соединен с выходом первого полосового фильтра 18.1, а выход подключен к входу устройства 10 управления радиочастотным считывателем 6. К выходу задающего генератора 15 последовательно подключены первый преобразователь 16.1 частоты, второй усилитель 17.2 мощности, второй циркулятор 13.2, вход-выход которого связан со второй приемопередающей антенной 14.2, второй полосовой фильтр 18.2, второй удвоитель 19.2 фазы, второй делитель 20.2 фазы на два, второй узкополосный фильтр 21.2, второй частотный детектор 73.2, второй триггер 74.2, второй двойной балансный переключатель 75.2, второй вход которого соединен с выходом второго узкополосного фильтра 21.2, второй фазовый детектор 22.2, второй вход которого соединен с выходом второго полосового фильтра 18.2, сумматор 37, фазовый манипулятор 39, второй вход которого соединен с выходом генератора 38 высокочастотных колебаний, четвертый усилитель 40 мощности и передающая антенна 41. К выходу задающего генератора 15 последовательно подключены второй преобразователь 16.2 частоты, третий усилитель 17.3 мощности, третий циркулятор 13.3, вход-выход которого связан с третьей приемопередающей антенной 14.3, третий полосовой фильтр 18.3, третий удвоитель 19.3 фазы, третий делитель 20.3 фазы на два, третий узкополосный фильтр 21.3, третий частотный детектор 73.3, третий двойной балансный переключатель 75.3, второй вход которого соединен с выходом третьего узкополосного фильтра 21.3 и третий фазовый детектор 22.3, второй вход которого соединен с выходом третьего полосового фильтра 18.3, а выход подключен к второму входу сумматора 37. К выходу второго полосового фильтра 18.2 последовательно подключены первый блок 24.1 регулируемой задержки, первый перемножитель 25.1, второй вход которого соединен с выходом третьего полосового фильтра 18.3, первый фильтр 26.1 нижних частот, первый экстремальный регулятор 27.1, первый блок 24.1 регулируемой задержки, блок 29 определения направления движения, второй вход которого соединен с выходом второго блока 24.2 регулируемой задержки, первый аналого-цифровой преобразователь 31 и первая линия 34 задержки, выход которого соединен с третьим входом сумматора 37. К выходу третьего полосового фильтра 18.3 последовательно подключены второй блок 24.2 регулируемой задержки, второй перемножитель 25.2, второй вход которого соединен с выходом второго полосового фильтра 18.2, второй фильтр 26.2 нижних частот, второй экстремальный регулятор 27.2, второй блок 24.2 регулируемой задержки, блок 28 расчета текущей скорости, второй вход которого соединен с выходом первого блока 24.1 регулируемой задержки, второй аналого-цифровой преобразователь 32 и вторая линия 35 задержки, выход которого подключен к четвертому входу сумматора 37. К выходу блока 28 расчета текущей скорости последовательно подключены интегратор 30, третий аналого-цифровой преобразователь 33 и третья линия 36 задержки, выход которой соединен с пятым входом сумматора 37.

Задающий генератор 15, первый 16.1 и второй 16.2 преобразователи частоты, первый 17.1, второй 17.2 и третий 17.3 усилители мощности образуют формирователь 11 запросных сигналов. Полосовой фильтр 18.1 (18.2, 18.3), удвоитель 19.1 (19.2, 19.3) фазы, делитель 20.1 (20.2, 20.3) фазы на два, узкополосный фильтр 21.1 (21.2, 21.3) и фазовый детектор 22.1 (22.2, 22.3) образуют первый 12.1 (второй 12.2, третий 12.3) приемник. Первый блок 24.1 регулируемой задержки, первый перемножитель 25.1, первый фильтр 26.1 нижних частот и первый экстремальный регулятор 27.1 образуют первый коррелятор 23.1. Второй блок 24.2 регулируемой задержки, второй перемножитель 25.2, второй фильтр 26.2 нижних частот и второй экстремальный регулятор 27.2 образуют второй коррелятор 23.2.

Первая приемопередающая антенна 14.1 считывателя 6 установлена на днище железнодорожного транспортного средства 5, вторая 14.2 и третья 14.3 приемопередающие антенны установлены слева и справа на кабине машиниста соответственно, а передающая антенна 41 установлена сверху на кабине машиниста.

Пункт 42 сбора и обработки информации (концентратор) содержит последовательно включенные приемную антенну 43, усилитель 44 высокой частоты, смеситель 47, второй вход которого через гетеродин 46 соединен с выходом блока 45 поиска, усилитель 76 суммарной частоты, амплитудный детектор 77, второй ключ 78, второй вход которого через усилитель 48 промежуточной частоты соединен с выходом смесителя 48, удвоитель 51 фазы, второй анализатор 52 спектра, блок 53 сравнения, второй вход которого через первый анализатор 50 спектра соединен с выходом второго ключа 78, пороговый блок 54, второй вход которого через линию 55 задержки соединен с его выходом, первый ключ 56, второй вход которого соединен с выходом второго ключа 78, фазовый детектор 59 и компьютер 60. К выходу удвоителя 51 фазы последовательно подключены делитель 57 фазы на два, узкополосный фильтр 58, частотный детектор 73, триггер 74 и двойной балансный переключатель 75, второй вход которого соединен с выходом узкополосного фильтра 58, а вход подключен к второму входу фазового детектора 59.

Первый 50 и второй 52 анализаторы спектра, удвоитель 51 фазы, блок 53 сравнения, пороговый блок 54 и линия задержки 55 образуют обнаружитель (селектор) 49 ФМН - сигналов.

Каждая радиочастотная метка 61.j (62.j) выполнена в виде пьезокристалла с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем, связанным с микрополосковой антенной 63.j (64.j), и набором отражателей 71.j (72.j). При этом встречно-штыревой преобразователь (ВШП) содержит две гребенчатые системы электродов 65.j (66.j), электроды каждой из гребенок соединены друг с другом шинами 67.j (68.j) и 69.j (70.j), связанными с микрополосковой антенной 63.j (64.j) (j=1, 2, …, m, где m - количество дополнительных радиочастотных меток).

Система, реализующая предлагаемый способ радиочастотной идентификации и позиционирования железнодорожного транспорта, работает следующим образом.

При приближении железнодорожного транспортного средства 5 к месту остановки, например к платформе 3, радиочастотный считыватель 6, работающий постоянно или включающийся по командам устройства 7 управления в соответствии с заложенной в нем картой пути, через первую приемопередающую антенну 14.1 считывает информацию с первой радиочастотной метки 1, декодирует ее в первом приемнике 12.1 ответного сигнала, выделяет необходимые данные в устройстве 10 управления радиочастотным считывателем 6 и передает ее в устройство 7 управления. Первая радиочастотная метка 1 содержит и передает в устройство 7 управления всю необходимую информацию в том или ином виде о расстоянии до второй радиочастотной метки 2. Устройство 7 управления на основе заложенного в него алгоритма и на основании данных о скорости железнодорожного транспортного средства, полученных с устройства 8 измерения скорости, вырабатывает управляющий сигнал, который поступает на устройство 9 регулирования скорости железнодорожного транспортного средства 5, которое осуществляет процесс торможения по заранее заданному закону таким образом, чтобы при подъезде к второй радиочастотной метке 2 иметь скорость порядка 2-5 км/ч. При подъезде ко второй радиочастотной метке 2 она попадает в диаграмму направленности 15 первой приемопередающей антенны 14.1 радиочастотного считывателя 6. Считанная информация обрабатывается и проверяется устройством 7 управления, что эта радиочастотная метка является местом остановки и при выполнении определенного критерия, например, максимума мощности ответного сигнала, выдает управляющий сигнал на устройство 9 регулирования скорости на полную остановку железнодорожного транспортного средства 5. При этом радиочастотные метки 1 и 2 устанавливаются на железнодорожном пути, в частности могут крепиться к шпалам, а первая приемопередающая антенна 14.1 радиочастотного считывателя 6 устанавливается на днище железнодорожного транспортного средства 5, при этом ее диаграмма направленности направлена вниз (фиг. 2). Остальные элементы радиочастотного считывателя 6 могут быть установлены в кабине машиниста.

В качестве устройства 8 измерения скорости и устройства 9 регулирования скорости могут быть использованы штатные устройства железнодорожного транспортного средства 5. Устройство 7 управления может быть выполнено на базе стандартного микропроцессорного блока. Ширина диаграммы направленности 15 будет определять точность остановки железнодорожного транспортного средства 5 относительно линии остановки 4.

Для дистанционного контроля железнодорожного транспортного средства при его следовании по заданному маршруту дополнительные радиочастотные метки 61.j и 62.j размещаются по обеим сторонам железнодорожного пути со сдвигом друг относительно друга (фиг. 6). При этом каждая метка 61.j (62.j) представляет собой пьезокристалл с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем (ВШП), связанным с микрополосковой антенной 63.j (64.j), и набором отражателей 71.j (72.j). Встречно-штыревой преобразователь содержит две гребенчатые системы электродов 65.j (66.j), электроды каждой из гребенок соединены друг с другом шинами 67.j (68j) и 69.j (70.j), связанными с микрополосковой антенной 63.j (64.j) 0=1, 2, …, m, где m - количество дополнительных радиочастотных меток, i - расстояние между соседними смежными радиочастотными метками, i=1, 2, …, n.

Радиочастотные метки 61.j, расположенные слева от железнодорожного пути, настроены на частоту w₂, а радиочастотные метки 62.j, расположенные справа от железнодорожного пути, настроены на частоту w₃. Резонансная частота радиочастотной метки определяется расстоянием между электродами, а порядок расположения электродов определяет идентификационный номер радиочастотной метки (фиг. 7, 8).

Задающий генератор 15 считывателя 6 формирует гармоническое колебание

u₁(t)=U₁Cos(w₁t+φ₁), 0≤t≤T₁,

где U₁, w₁, φ₁, T₁ - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность гармонического колебания, которое поступает на входы первого 16.1 и второго 16.2 преобразователей частоты. Последние формируют гармонические колебания:

u₂(t)=U₂Cos(w₂t+φ₂),

u₃(t)=U₃Cos(w₃t+φ₃), 0≤t≤T₁.

где w 2 = n m w 1

w 3 = n m w 1

При этом отношения частот n₁/m₁ и n₂/m₂ выбираются дробно-рациональными для исключения связи на гармониках. Для этого в преобразователях 16.1 и 16.2 используются регенеративные делители (Основы радионавигационных измерений. /Под ред. Н.Ф. Клюева. - МО СССР, 1987, с. 269).

Гармонические колебания u₁(t), u₂(t) и u₃(t) усиливаются в усилителях 17.1, 17.2 и 17.3 и через циркуляторы 13.1, 13.2 и 13.3 поступают в приемопередающие антенны 14.1, 14.2 и 14.3 соответственно и излучаются ими в эфир. Первая приемопередающая антенна 14.1 установлена на днище железнодорожного транспортного средства 5, при этом ее диаграмма направленности направлена вниз, считывает она информацию с радиочастотных меток 1 и 2, которые настроены на частоту w₁ и устанавливаются на железнодорожном пути, в частности могут крепиться к шпалам.

Вторая 14.2 и третья 14.3 приемопередающие антенны установлены слева и справа на кабине машиниста соответственно, при этом их диаграммы направленности освещают радиочастотные метки 61.j и 62.j (j=1, 2, …, m), установленные слева и справа от железнодорожного пути и настроенные на частоты w₂ и w₃ соответственно (фиг. 6).

Гармонические колебания u₂(t) и u₃(t) улавливаются приемопередающими антеннами 63.j и 64.j, преобразуются ВШП в акустические волны, которые распространяются по поверхности пьезокристаллов, отражаются от набора отражателей 71.j и 72.j и опять преобразуются в сложные сигналы с фазовой манипуляцией (ФМН):

u₄(t)=U₄Cos[(w₂t+φ_k2(t)+φ₂],

u₅(t)=U₅Cos[(w₃t+φ_k3(t)+φ