RU190766U1 - Train Device Automatic Train Signaling - Google Patents

Abstract

Поездное устройство автоматической поездной сигнализации относится к приемной аппаратуре автоматики и телемеханики подвижного состава рельсового транспорта. Решение предназначено для определения сигналов впереди стоящих светофоров, состояния стрелок и иных путевых устройств или указания расстояния между поездами. Устройство содержит датчик магнитного поля, аналоговый фильтр, аналого-цифровой преобразователь и функциональный узел цифровой фильтрации. Элементы связаны между собой последовательно. Аналоговый фильтр является полосовым фильтром. Рабочий диапазон фильтра превышает рабочий частотный диапазон системы связи. Функциональный узел цифровой фильтрации выполнен с возможностью узкополосной полосовой фильтрации на рабочей частоте системы связи. Достигнуто упрощение конструкции поездного устройства. Повышена эксплуатационная надежность поездной сигнализации. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.The train device of the automatic train signaling refers to the receiving equipment of the automation and telemechanics of the rolling stock of rail vehicles. The solution is designed to determine the signals in front of traffic lights, the state of the arrows and other travel devices, or to indicate the distance between trains. The device contains a magnetic field sensor, an analog filter, an analog-to-digital converter and a digital filtering functional unit. Elements are interconnected sequentially. An analog filter is a band-pass filter. The operating range of the filter exceeds the operating frequency range of the communication system. The digital filtering functional unit is adapted to narrowband bandpass filtering at the operating frequency of the communication system. A simplification of the design of the train device has been achieved. Improved operational reliability of train signaling. 2 hp f-ly, 2 ill.

Description

Полезная модель относится к автоматике и телемеханике рельсового транспорта, включая железнодорожный, а именно к приемной аппаратуре автоматической поездной сигнализации (АПС) подвижного состава, предназначенной преимущественно для определения сигналов впереди стоящих светофоров, состояния стрелок и иных путевых устройств или указания расстояния между поездами.The utility model relates to the automation and telemechanics of rail vehicles, including railway, in particular, to the receiving equipment of the automatic train signaling system (APS) of the rolling stock, designed primarily to determine the signals of traffic lights ahead of them, the state of the arrows and other road devices or specify the distance between trains.

АПС информирует машиниста о состоянии пути впереди поезда, задействует скоростную авторегулировку и автоконтроль, приводит при необходимости в действие поездной автостоп для принудительного торможения состава. Основными частями широко применяемых железнодорожных АПС являются: кодовый путевой трансмиттер, производящий периодические перерывы или модуляцию электрического тока, соответствующие сигналу светофора; взаимодействующие друг с другом через рельсовую цепь и индуктивную связь путевой передатчик и локомотивный приемник в виде катушек с железными сердечниками, укрепленных на локомотиве над рельсами; локомотивный усилитель; аналоговый фильтр с переключателем принятых в России частот сигнала путевых и иных устройств; локомотивный дешифратор, расшифровывающий передаваемые с пути сигналы; локомотивный светофор и устройства, автоматически снижающие скорость поезда до соответствующей показаниям путевого или локомотивного светофора величины, а также останавливающие поезд, если машинист самостоятельно не начинает торможение в случаях, требующих снижения скорости и остановки состава.APS informs the driver about the condition of the way ahead of the train, activates high-speed auto-adjustment and auto-control, and if necessary, activates the train hitch-up for the forced braking of the train. The main parts of the widely used rail MTAs are: a coded track transmitter that produces periodic breaks or modulation of the electric current corresponding to a traffic light signal; interacting with each other through a rail circuit and inductive coupling of the track transmitter and the locomotive receiver in the form of coils with iron cores, mounted on the locomotive above the rails; locomotive amplifier; analog filter with a switch taken in Russia of the signal frequency of traveling and other devices; locomotive decoder, decoding signals transmitted from the path; locomotive traffic lights and devices that automatically reduce the train’s speed to the traffic or locomotive traffic lights that correspond to the readings, as well as stop the train if the driver does not start braking on his own in cases requiring speed reduction and train stop.

Из патентного документа RU 94944 U1 от 10.06.2010 известно поездное устройство АПС, содержащее локомотивные катушки, полосовые фильтры для пропускания сигналов с частотами 25 и 75 Гц, режекторный фильтр для подавления помех на частоте 50 Гц, интегратор, электронный ключ, автоматический переключатель, усилитель с авторегулировкой и дешифратор. При движении поезда по участку с несущей частотой тока АПС 25 Гц сигнал с выхода режекторного фильтра проходит к усилителю через полосовой фильтр 25 Гц. Если поезд находится в зоне с несущей частотой 75 Гц, то после срабатывания электронного ключа происходит коммутация автоматического переключателя, при которой на вход усилителя поступает сигнал с полосового фильтра 75 Гц. Известное устройство имеет сложную и громоздкую аналоговую схемотехнику конструкции, включающую в себя цепь коммутации и совокупность фильтров, что отрицательно влияет на надежность работы системы АПС, способно привести к возникновению аварийных ситуаций или к случайному включению автостопа.From the patent document RU 94944 U1 dated 06/10/2010, the MTA train device is known, containing locomotive coils, band-pass filters for passing signals with frequencies of 25 and 75 Hz, a notch filter for suppressing interference at a frequency of 50 Hz, an integrator, an electronic switch, an automatic switch, an amplifier with autoregulation and descrambler. When the train moves along the section with the carrier frequency of the APS 25 Hz current, the signal from the output of the notch filter passes to the amplifier through a 25 Hz bandpass filter. If the train is located in a zone with a carrier frequency of 75 Hz, then after the electronic key is triggered, an automatic switch is switched, at which the signal from the 75 Hz bandpass filter arrives at the amplifier input. The known device has a complex and cumbersome analog circuitry design, which includes a switching circuit and a set of filters, which negatively affects the reliability of the MTA system, can lead to emergency situations or accidental switching on of hitchhiking.

Решаемой технической проблемой является повышение эксплуатационной надежности АПС. Обеспечиваемый настоящей полезной моделью технический результат заключается в упрощении конструкции поездного устройства АПС.Solved technical problem is to increase the operational reliability of the MTA. Provided by this utility model, the technical result is to simplify the design of the train device APS.

Технический результат достигается благодаря тому, что поездное устройство АПС содержит датчик магнитного поля, единственный аналоговый фильтр, аналого-цифровой преобразователь и функциональный узел цифровой фильтрации, связанные между собой последовательно. При этом аналоговый фильтр является полосно-пропускаюшим фильтром, рабочая полоса пропускания которого превышает рабочий частотный диапазон АПС, а функциональный узел цифровой фильтрации выполнен с возможностью узкополосной полосовой фильтрации на рабочей частоте АПС.The technical result is achieved due to the fact that the APS train device contains a magnetic field sensor, a single analog filter, an analog-to-digital converter and a digital filtering functional unit connected in series. In this case, the analog filter is a band-pass filter, the working bandwidth of which exceeds the operating frequency range of the MTA, and the digital filtering functional unit is designed with the possibility of narrow-band band filtering at the operating frequency of the MTA.

В частном случае осуществления полезной модели аналоговый фильтр выполнен с возможностью активной фильтрации сигнала.In the particular case of the implementation of the utility model, the analog filter is configured to actively filter the signal.

В другом частном случае аналоговый фильтр имеет линейную характеристику в области частот от 20 до 80 Гц включительно.In another particular case, the analog filter has a linear characteristic in the frequency range from 20 to 80 Hz inclusive.

Сущность технического решения поясняется следующими графическими изображениями на примере предпочтительной конструкции поездного устройства для автоматической локомотивной сигнализации (АЛС).The essence of the technical solution is illustrated by the following graphic images on the example of the preferred design of the train device for automatic locomotive signaling (ALS).

Фиг. 1: схема локомотивного устройства АЛС со штатным дешифратором.FIG. 1: diagram of a locomotive ALS device with a standard decoder.

Фиг. 2: функциональная схема локомотивного устройства.FIG. 2: functional diagram of the locomotive device.

Система АПС подвижного состава включает в себя источник сообщений и поездное устройство. В качестве источника сообщений выступает, например, путевой передатчик или передающая аппаратура на другом поезде, посредством которых посылают информативные сигналы в закодированном виде, в частности, о состоянии светофоров, путевых стрелок и расстоянии между поездами. Поездное устройство установлено на единице подвижного состава, например на локомотиве или вагоне, и предназначено для приема кодовых сигналов через рельсовую цепь, образованную нитями рельсов и находящимся на данном пути составом. При размещении поездного устройства АПС на локомотиве данную систему называют АЛС.The rolling stock APS system includes a message source and a train device. The source of messages is, for example, a traveling transmitter or transmitting equipment on another train, through which they send informative signals in coded form, in particular, about the state of traffic lights, track arrows and the distance between trains. The train device is installed on a rolling stock unit, for example, on a locomotive or a car, and is intended for receiving code signals through a rail circuit formed by rail threads and a train on a given track. When placing the train device APS on the locomotive, this system is called ALS.

Поездное устройство АЛС выполнено в виде приемной головки 1. При выполнении приемной головки 1 с функцией дешифрации кода информативного сигнала данную головку соединяют непосредственно с локомотивным светофором 2 и автостопом 3, а при наличии в локомотиве штатного дешифратора 4 обеспечивается возможность для связи приемной головки 1 со светофором 2 и автостопом 3 через локомотивный дешифратор 4 (фиг. 1).The train station ALS is designed as a receiving head 1. When the receiving head 1 is performed with the function of decoding the informative signal code, this head is connected directly to the locomotive traffic light 2 and auto-stop 3, and if there is a regular decoder 4 in the locomotive, it is possible to connect the receiving head 1 to the traffic light 2 and hitchhike 3 through the locomotive descrambler 4 (Fig. 1).

Приемная головка 1 представляет собой устройство в виде активного блока с аналоговой и цифровой обработкой сигнала от кодовых токов, содержит входной каскад приемного тракта 5, аналоговый фильтр 6, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 7, функциональный узел 8 для цифровой фильтрации, кольцевой буфер 9, анализатор сигналов 10, устройство управления 11, управляемый генератор аналоговых или цифровых сигналов 12 и выходной усилитель 13 (фиг. 2).The receiving head 1 is a device in the form of an active unit with analog and digital signal processing from code currents, contains an input cascade of the receiving path 5, an analog filter 6, an analog-to-digital converter (ADC) 7, a functional node 8 for digital filtering, a ring buffer 9 , a signal analyzer 10, a control device 11, a controlled generator of analog or digital signals 12 and an output amplifier 13 (FIG. 2).

Входной каскад приемного тракта 5, аналоговый фильтр 6, АЦП 7, функциональный узел 8 для цифровой фильтрации, кольцевой буфер 9, анализатор сигналов 10 и устройство управления 11 электрически связаны между собой последовательно через свои сигнальные входы и соответствующие выходы. Первый выход устройства управления 11 связан с управляющим входом функционального узла 8 для цифровой фильтрации, второй выход устройства управления 11 связан с управляющим входом анализатора сигналов 10, а третий выход устройства управления 11 связан с управляющим входом генератора 12, сигнальный выход которого в свою очередь связан со входом усилителя 13.The input stage of the receiving path 5, the analog filter 6, the ADC 7, the functional unit 8 for digital filtering, the ring buffer 9, the signal analyzer 10 and the control device 11 are electrically interconnected in series through their signal inputs and corresponding outputs. The first output of the control device 11 is connected to the control input of the functional unit 8 for digital filtering, the second output of the control device 11 is connected to the control input of the signal analyzer 10, and the third output of the control device 11 is connected to the control input of the generator 12, the signal output of which is in turn connected to amplifier input 13.

Все элементы приемной головки 1 закреплены в общем корпусе этого устройства, который подвешивают под локомотивом на месте установки штатной приемной катушки.All elements of the receiving head 1 are fixed in the common case of this device, which is suspended under the locomotive at the place of installation of the standard receiving coil.

Входной каскад приемного тракта 5 приемной головки 1 включает в себя датчик магнитного поля и предварительный усилитель.The input stage of the receiving path 5 of the receiving head 1 includes a magnetic field sensor and a preamplifier.

Приемный датчик магнитного поля содержит первичный преобразователь магнитного поля для диапазона от 1 мкТл до 100 мТл. В качестве чувствительного элемента датчика используют твердотельный полупроводниковый сенсор напряженности или индукции магнитного поля, работающий, например, на основе эффекта Холла или на магниторезистивном эффекте квантовомеханической природы, в частности на эффекте гигантского магнетосопротивления. Датчик устойчив по своим рабочим параметрам в диапазонах от 20 до 80 Гц принятого сигнала и от -60 до +60°C температуры окружающей среды.The receiving magnetic field sensor contains a primary magnetic field transducer for the range from 1 μT to 100 mT. A solid-state semiconductor sensor of intensity or magnetic field induction is used as a sensor element, for example, based on the Hall effect or on the magnetoresistive effect of a quantum mechanical nature, in particular on the effect of a giant magnetoresistance. The sensor is stable in its operating parameters in the range from 20 to 80 Hz of the received signal and from -60 to + 60 ° C ambient temperature.

Предварительный усилитель выполнен мал опту мящим, характеризуется высоким входным и низким выходным сопротивлениями.The preamplifier is made small in size, characterized by high input and low output impedances.

Каскад аналоговой фильтрации состоит из одного фильтра 6, представляющего собой активный полосно-пропускаюший фильтр с полосой пропускания 20-80 Гц, превышающей рабочий частотный диапазон АЛС 25-75 Гц. Фильтр 6 выполнен с линейной характеристикой в полосе пропускания. Данный фильтр имеет простую конструкцию, т.к. обеспечивает возможность пропускания только одной широкой полосы частот, которая охватывает все возможные частоты стандарта АЛС.Analog filtering cascade consists of a single filter 6, which is an active band-pass filter with a passband of 20-80 Hz, exceeding the operating frequency range of ALS 25-75 Hz. The filter 6 is made with a linear characteristic in the passband. This filter has a simple design, because provides the possibility of transmission of only one wide frequency band, which covers all possible frequencies of the ALS standard.

АЦП 7 имеет эффективную разрядность не менее 18 бит при частоте оцифровки 10-50 кГц.ADC 7 has an effective bit width of at least 18 bits at a digitization frequency of 10-50 kHz.

Для цифровой обработки сигнала приемная головка 1 содержит элементы цифровой микроэлектроники, на основе которых построены функциональный узел 8 для цифровой фильтрации, кольцевой буфер 9, анализатор сигналов 10 и устройство управления 11.For digital signal processing, the receiving head 1 contains elements of digital microelectronics, on the basis of which a functional unit 8 for digital filtering, a ring buffer 9, a signal analyzer 10 and a control device 11 are built.

Функциональный узел 8 для цифровой фильтрации выполнен с возможностью обработки сигналов по алгоритмам одного или более цифровых фильтров для подавления импульсных, флуктуационных и синусоидальных помех. Данный узел позволяет выбрать тип фильтра и провести его настройку, в том числе с целью адаптации к качеству принятого сигнала. Например, узел 8 обеспечивает возможность узкополосной (0,5-2 Гц) полосовой фильтрации для выделения устойчивого сигнала на рабочей частоте АЛС, линейную и нелинейную фильтрацию, в частности с конечной импульсной характеристикой для уменьшения уровня шума типа медианного фильтра, калмановскую фильтрацию или фильтрацию с экспоненциальным сглаживанием.The functional unit 8 for digital filtering is configured to process signals according to the algorithms of one or more digital filters to suppress pulsed, fluctuation and sinusoidal interference. This node allows you to select a filter type and configure it, including in order to adapt to the quality of the received signal. For example, node 8 provides narrowband (0.5-2 Hz) bandpass filtering to highlight a stable signal at the ALS operating frequency, linear and nonlinear filtering, in particular, with a finite impulse response to reduce noise such as a median filter, Kalman filtering or filtering exponential smoothing.

Кольцевой буфер 9 служит для временного хранения цифровых данных ряда последовательных отсчетов дискретизации принятого сигнала. Разрядность буфера 9 равна разрядности АЦП 7.The ring buffer 9 serves to temporarily store digital data of a series of consecutive samples of a received signal. The width of the buffer 9 is equal to the digit capacity of the ADC 7.

Анализатор сигналов 10 микропроцессорный, выполнен комплексным и включает в себя анализатор амплитуды аналогового сигнала в виде пикового детектора, анализатор фазы сигнала и анализатор длительности фронта импульсного сигнала.The signal analyzer 10 is microprocessor-based, made complex and includes an analog signal amplitude analyzer in the form of a peak detector, a signal phase analyzer and a pulse front wavelength analyzer.

Устройство управления 11 предназначено для логического управления элементами приемной головки 1.The control device 11 is designed for logical control of the elements of the receiving head 1.

Генератор аналоговых или цифровых сигналов 12 выполнен с возможностью формирования выходного кодового сигнала стандарта АЛС.The generator of analog or digital signals 12 is configured to generate the output code signal of the ALS standard.

Усилитель 13 предназначен для усиления сигнала генератора 12 и согласования этого генератора с дешифратором 4 или со светофором 2 и автостопом 3.The amplifier 13 is designed to amplify the signal of the generator 12 and match this generator with the decoder 4 or with the traffic light 2 and auto-stop 3.

Все перечисленные части поездного устройства АЛС соединены между собой сборочными операциями, включая пайку, обеспечивающими конструктивное единство и реализацию данным устройством общего функционального назначения.All of the above parts of the ALS train device are interconnected by assembly operations, including soldering, ensuring constructive unity and implementation by this device of general functional purpose.

Настоящее техническое решение работает в автоматическом режиме следующим образом.The present technical solution works in automatic mode as follows.

Источник сообщений, находящийся на удаленном расстоянии от поезда, создает в рельсовой цепи электрический кодовый ток стандарта АЛС, например, модулированный по амплитуде или частотно-кодированный, следствием чего является информативное электромагнитное поле вокруг рельсовых нитей, достигающее приемной головки 1 локомотивного устройства.The source of messages located at a remote distance from the train creates in the track circuit an electrical code current of the ALS standard, for example, amplitude modulated or frequency-coded, resulting in an informative electromagnetic field around the rail lines reaching the receiving head 1 of the locomotive device.

Приемный датчик преобразует энергию магнитного поля в электрический измерительный сигнал, а именно переводит величину индукции магнитного поля в соответствующее электрическое напряжение. Рабочая полоса частот датчика лежит в диапазоне 0-10 кГц.The receiving sensor converts the energy of the magnetic field into an electrical measuring signal, namely, it converts the magnitude of the magnetic field induction into the corresponding electrical voltage. The working frequency band of the sensor lies in the range of 0-10 kHz.

Использование для датчика полупроводникового рабочего элемента позволяет улучшить массагабаритные характеристики локомотивного устройства АЛС. Размер приемной головки 1 по настоящему техническому решению в 3-5 раз меньше соответствующей характеристики используемых в настоящее время на рельсовом транспорте штатных головок. Масса датчика с электронной платой составляет 20 г при примерно 25 кг массы штатной головки.Use for the sensor semiconductor work item allows you to improve the mass-dimensional characteristics of the locomotive device ALS. The size of the receiving head 1 according to the present technical solution is 3-5 times smaller than the corresponding characteristic currently used on standard vehicles for rail transport. The mass of the sensor with electronic circuit board is 20 g with approximately 25 kg of the mass of the standard head.

Датчик выдает аналоговый выходной сигнал, который поступает на вход усилителя без какой-либо обработки, что позволяет избежать снижения чувствительности устройства к слабым магнитным полям. Малое расстояние от датчика до входа усилителя, его высокое входное сопротивление и низкий уровень собственных шумов позволяют получить высокий коэффициент передачи полезного сигнала в приемный электронный тракт головки 1. Таким образом, входной усилитель согласует характеристики датчика с параметрами приемного тракта устройства. Выбор коэффициента усиления приемного тракта зависит от конкретного типа полупроводникового магниточувствительного элемента и подобран из условия не превышения амплитудой от самой сильной допустимой магнитной помехи разрядной сетки АЦП 7.The sensor provides an analog output signal, which is fed to the input of the amplifier without any processing, thus avoiding a decrease in the sensitivity of the device to weak magnetic fields. The small distance from the sensor to the amplifier input, its high input resistance and low noise level make it possible to obtain a high transmission coefficient of the useful signal into the receiving electronic path of the head 1. Thus, the input amplifier matches the characteristics of the sensor with the parameters of the receiving path of the device. The choice of the gain of the receiving path depends on the specific type of semiconductor magnetically sensitive element and is selected from the condition that the amplitude of the amplitude of the strongest permissible magnetic interference of the discharge grid of the ADC 7 is not exceeded.

Затем принятый широкополосный сигнал подвергают аналоговой фильтрации с целью подавления частот вне стандарта АЛС. При этом сигнал вне полосы пропускания фильтра 6 затухает. Отсечка ниже частоты 20 Гц хорошо защищает от помех при движении над намагниченными участками рельса и рельсовыми стыками, а выше 80 Гц отсекаются мощные ударные помехи. Активная фильтрация сигнала позволяет приблизить амплитудно-частотную характристику фильтра 6 к идеальной характеристике полосового фильтра, в частности избежать появления нелинейных искажений в области частот 20-80 Гц, способных негативно повлиять на качество работы системы связи.The received broadband signal is then subjected to analog filtering in order to suppress frequencies outside the ALS standard. The signal outside the bandwidth of the filter 6 is attenuated. The cut-off below the frequency of 20 Hz protects well from interference when moving over the magnetized rail sections and rail junctions, and above 80 Hz powerful impact interference is cut off. Active filtering of the signal allows the amplitude-frequency characteristic of filter 6 to be an ideal characteristic of a band-pass filter, in particular, to avoid the appearance of non-linear distortions in the frequency range of 20-80 Hz, which can negatively affect the quality of the communication system.

В предпочтительном варианте осуществления технического решения частоты измерительного сигнала вне расширенной на 10% с каждой стороны рабочей полосы частот АЛС подавляют полностью. Выбор данных границ связан с необходимостью обеспечения надежного приема кодовых сигналов даже при дрейфе характеристик фильтра 6 или в условиях присутствия в канале связи АЛС мультипликативных помех. Каскад аналоговой фильтрации позволяет улучшить соотношение сигнал/помеха в полном сигнале на уровне приемного тракта локомотивного устройства АЛС и разгружает АЦП 7 от работы по оцифровке сигнала вне рабочего диапазона системы связи.In a preferred embodiment of the technical solution, the frequency of the measuring signal outside the extended by 10% on each side of the working frequency band ALS is completely suppressed. The choice of data boundaries is associated with the need to ensure reliable reception of code signals even when the characteristics of filter 6 drift or under the conditions of presence of multiplicative interference on the ALS communication channel. The cascade of analog filtering allows to improve the signal-to-noise ratio in the full signal at the level of the receiving path of the locomotive ALS device and relieves the ADC 7 from the work on digitizing the signal outside the operating range of the communication system.

После аналоговой фильтрации принятый сигнал оцифровывают посредством АЦП 7. Большая разрядность АЦП 7 и широкий динамический диапазон приемного тракта устройства позволяют одновременно зафиксировать минимально возможный сигнал АЛС и максимально допустимую помеху. Уровень минимально возможного сигнала АЛС, так же как и уровень максимально допустимой помехи известны из проектной документации АЛС. Так как кодовый сигнал АЛС имеет величину не менее 1 мВ, а АЦП 7 различает 50 мкВ, то для минимального полезного сигнала будет 20 градаций по амплитуде, что означает устойчивую регистрацию и обработку цифровыми каскадами устройства. При частотном кодировании информации АЛС частоту оцифровки выбирают из условия обеспечения определения фазы сигнала с отклонением не более 1%. Частота оцифровки 10 кГц достаточна для работы с амплитудой и фазой кодового сигнала частотой до 1 кГц.After analog filtering, the received signal is digitized by means of ADC 7. The large width of the ADC 7 and the wide dynamic range of the receiving path of the device make it possible to simultaneously record the minimum possible ALS signal and the maximum permissible interference. The level of the minimum possible ALS signal, as well as the level of the maximum permissible interference, is known from the ALS design documentation. Since the ALS code signal has a value of at least 1 mV and the ADC 7 distinguishes 50 µV, for the minimum useful signal there will be 20 gradations in amplitude, which means stable recording and processing by digital stages of the device. When frequency encoding information ALS, the digitization frequency is chosen from the condition of ensuring the determination of the signal phase with a deviation of no more than 1%. The digitization frequency of 10 kHz is sufficient for operation with the amplitude and phase of the code signal with a frequency of up to 1 kHz.

Оцифрованный сигнал затем проходит этап цифровой фильтрации на рабочей частоте АЛС в 25, 75 или 50 Гц.The digitized signal then goes through a digital filtering stage at the ALS operating frequency of 25, 75 or 50 Hz.

Для этого при помощи устройства управления 11 настраивают фильтры узла 8 и выбирают конкретные фильтры для текущей помеховой обстановки на линии связи АЛС и алгоритмов обработки данных в следующем каскаде устройства. Настройку и выбор фильтров осуществляют из условия получения наиболее чистого и четкого сигнала на выходе функционального узла 8 для цифровой фильтрации, наиболее близкого к идеальному сигналу по стандарту АЛС. Коэффициенты для цифровых фильтров, например, среднеквадратическое ожидание, подбирают эмпирически с учетом заводских характеристик датчика магнитного поля.To do this, using the control unit 11, configure the filters of the node 8 and select specific filters for the current interference conditions on the ALS communication line and data processing algorithms in the next stage of the device. The setting and selection of filters is carried out from the condition of obtaining the most pure and clear signal at the output of the functional unit 8 for digital filtering, which is closest to the ideal signal according to the ALS standard. The coefficients for digital filters, for example, the mean square expectation, are selected empirically, taking into account the factory characteristics of the magnetic field sensor.

Кроме того, цифровые фильтры очищают и сглаживают сигнал. Для достижения наибольшей эффективности их целесообразно использовать во взаимодополняющей совокупности. Например, после медианной фильтрации, которая хорошо подавляет шумовые выбросы отсчетов случайного характера и помехи в виде одиночных импульсов, следует применить калмановскую фильтрацию флуктуационного шума.In addition, digital filters clean and smooth the signal. To achieve the greatest efficiency, it is advisable to use them in a complementary set. For example, after median filtering, which well suppresses noise emissions of random samples and noise in the form of single pulses, Kalman filtering of fluctuation noise should be applied.

Устройство управления 11 периодически проверяет качество цифровой фильтрации, после чего, при необходимости, производит подстройку и/или выбор цифровых фильтров для адаптации фильтрации к качеству принимаемого сигнала АЛС.The control device 11 periodically checks the quality of the digital filtering, after which, if necessary, makes adjustments and / or selection of digital filters to adapt the filtering to the quality of the received ALS signal.

По завершению цифровой фильтрации измерительный сигнал анализируют с целью нахождения амплитудного пика на рабочей частоте АЛС. Для этого сначала вычисляют мгновенные значения амплитуды сигнала на интересующей частоте при помощи функционального узла узкополостного расчета амплитуды/фазы сигнала, работающего, например, по алгоритму Герцеля, и реализующего собой техническое средство для узкочастотного вычисления величин амплитуды и фазы сигнала. В частном случае выполнения устройства функциональные узлы для цифровой фильтрации и для узкополостного расчета амплитуды/фазы сигнала конструктивно совмещены. Таким образом осуществляют выбор частоты сигнала путевого или иного передающего устройства без использования сложных аналоговых схем. Затем задействуют пиковый детектор, настроенный на частоту АЛС и не реагирующий на частоты помех. Если амплитудный пик распознан, то устройство управления 11 подает сигнал разрешения на вход генератора 12. В качестве альтернативы возможен расчет амплитуд по методу быстрого преобразования Фурье в узкополосном диапазоне, выделенном узлом 8. При этом в качестве технического средства для узкочастотного вычисления величин амплитуды и фазы сигнала выступает совокупность узла 8 и функционального узла узкополостного расчета амплитуды/фазы сигнала.Upon completion of the digital filtering, the measurement signal is analyzed in order to find the amplitude peak at the ALS operating frequency. To do this, first calculate the instantaneous amplitude values of the signal at the frequency of interest using the functional node of the narrow band calculation of the amplitude / phase of the signal, operating, for example, with the Goertzel algorithm, and implementing a technical tool for narrow frequency calculation of the amplitude and phase of the signal. In the particular case of device execution, functional units for digital filtering and for narrow-band calculation of the amplitude / phase of a signal are structurally combined. Thus, the frequency of the signal of a traveling or other transmitting device is selected without the use of complex analog circuits. Then a peak detector is tuned, tuned to the ALS frequency and not responsive to interference frequencies. If the amplitude peak is recognized, the control device 11 sends a resolution signal to the input of the generator 12. Alternatively, it is possible to calculate amplitudes using the fast Fourier transform method in the narrowband range allocated by node 8. Herewith, as a technical tool for narrow-frequency calculation of amplitude and phase values there is a set of node 8 and a functional node of narrow band calculation of the amplitude / phase of the signal.

Большой динамический диапазон приемной головки 1 в совокупности с цифровой фильтрацией позволяют отстроить кодовый сигнал АЛС даже от превосходящих детерминированный сигнал в 10 раз аддитивных помех на частотах, близких к рабочей частоте АЛС.The large dynamic range of the receiving head 1, together with digital filtering, makes it possible to rebuild the ALS code signal even from the 10-fold additive noise that exceeds the deterministic signal at frequencies close to the ALS operating frequency.

После выдачи сигнала разрешения устройством управления 11 генератор 12 формирует выходной кодовый сигнал с образцовыми характеристиками стандарта АЛС.After issuing the enable signal by the control unit 11, the generator 12 generates an output code signal with exemplary characteristics of the ALS standard.

Амплитуду вторичного кодового сигнала задают усилителем 13, она не зависит от амплитуды принятого сигнала АЛС и уровня помех.The amplitude of the secondary code signal set by the amplifier 13, it does not depend on the amplitude of the received signal ALS and the level of interference.

При размещении поездного устройства АПС не на локомотиве, а на другой единице подвижного состава, настоящее техническое решение функционирует аналогичным образом.When placing the APS train device, not on the locomotive, but on another unit of rolling stock, the present technical solution functions in the same way.

Благодаря сочетанию предварительной широкополосной аналоговой фильтрации сигнала АПС и его последующей узкополосной цифровой фильтрации не требуется включение в состав каскада аналоговой фильтрации более чем одного фильтра и коммутирующих элементов, также нет необходимости в АЦП с чрезмерно высокой разрядностью. В результате достигается упрощение конструкции поездного устройства АПС, что ведет к повышению эксплуатационной надежности сигнализации.Due to the combination of pre-broadband analog filtering of the APS signal and its subsequent narrow-band digital filtering, the inclusion of more than one filter and switching elements in the analog filtering cascade is not required, and there is no need for an ADC with an excessively high bit depth. The result is a simplified design of the train device APS, which leads to increased operational reliability alarm.

Claims (3)

1. Поездное устройство автоматической поездной сигнализации (АПС), содержащее датчик магнитного поля, аналоговый фильтр, аналого-цифровой преобразователь и функциональный узел цифровой фильтрации, связанные между собой последовательно, характеризующееся тем, что аналоговый фильтр является полосно-пропускающим фильтром, полоса пропускания которого превышает рабочий частотный диапазон АПС, а функциональный узел цифровой фильтрации выполнен с возможностью узкополосной полосовой фильтрации на рабочей частоте АПС.1. A train device of an automatic train signaling system (APS) containing a magnetic field sensor, an analog filter, an analog-to-digital converter and a digital filtering functional unit interconnected in series, characterized in that the analog filter is a band-pass filter whose bandwidth exceeds the operating frequency range of the MTA, and the functional unit of digital filtering is made with the possibility of narrowband bandpass filtering at the operating frequency of the MTA. 2. Устройство по п. 1, характеризующееся тем, что аналоговый фильтр выполнен с возможностью активной фильтрации сигнала.2. The device according to claim 1, characterized in that the analog filter is configured to actively filter the signal. 3. Устройство по п. 2, характеризующееся тем, что аналоговый фильтр имеет линейную характеристику в области частот от 20 до 80 Гц.3. The device according to claim 2, characterized in that the analog filter has a linear characteristic in the frequency range from 20 to 80 Hz.

Images