RU2679491C1 - Method of way navigation and review of front hemisphere of locomotive on railway geometry - Google Patents
Method of way navigation and review of front hemisphere of locomotive on railway geometry Download PDFInfo
- Publication number
- RU2679491C1 RU2679491C1 RU2018100852A RU2018100852A RU2679491C1 RU 2679491 C1 RU2679491 C1 RU 2679491C1 RU 2018100852 A RU2018100852 A RU 2018100852A RU 2018100852 A RU2018100852 A RU 2018100852A RU 2679491 C1 RU2679491 C1 RU 2679491C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- locomotive
- radar
- front hemisphere
- railway
- range
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/04—Systems determining presence of a target
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
- G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
- G01S13/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике, а именно к радиолокации и может быть использовано на железных дорогах (ж/д) для определения параметров движения локомотива таких, как мгновенную скорость, пройденный путь от начала движения, количество пройденных шпал и координаты нахождения локомотива в данный момент времени, и контроля дорожной обстановки перед локомотивом на расстоянии до одного-двух километров, особенно при возможности возникновения внештатных ситуаций.The invention relates to radio engineering, namely to radar and can be used on railways (railway) to determine locomotive motion parameters such as instantaneous speed, distance traveled from the start of movement, the number of railway sleepers traveled and the location of the locomotive at a given time, and control of the traffic situation in front of the locomotive at a distance of one to two kilometers, especially if contingencies arise.
Общей проблемой на пути следования ж/д состава является своевременное обнаружение возникших препятствий, помех, могущих привести к предпосылке аварийной ситуации. Особенно часто такими препятствиями является различная транспортная техника, которая имеет свойство заглохнуть именно на переезде, чаще всего на нерегулируемом. Конкретный свежий пример. Регулируемый ж/д переезд около г. Владимир, число и время: 06 октября 2017 г., около 3-х часов ночи московского времени. Пассажирский скоростной электропоезд Москва - Н. Новгород столкнулся на этом переезде с автобусом. Причина: автобус нарушил ПДЦ, выехал на ж/д переезд на запрещающий красный светофор и заглох, завестись снова не смог. Машинист поезда в свете прожектора увидел препятствие только за 300-400 м., экстренно затормозил, но тормозного пути не хватило, авария; 17 человек погибло, много раненных.A common problem along the train line is the timely detection of obstacles and interference that may lead to the premise of an emergency. Especially often, such obstacles are various transport equipment, which tends to die out at the crossing, most often at unregulated. A concrete fresh example. Regulated railway crossing near Vladimir, date and time: October 6, 2017, at about 3 a.m. Moscow time. Passenger high-speed electric train Moscow - N. Novgorod collided with a bus at this crossing. Reason: the bus violated the MPC, drove onto the railway crossing to the prohibiting red traffic light and died out, could not start again. The train driver in the light of the searchlight saw an obstacle only 300-400 meters away, braked urgently, but there was not enough stopping distance, an accident; 17 people died, many wounded.
Также могут быть препятствием отцепившийся последний вагон впереди прошедшего поезда, люди на пути, дикие и домашние животные, камнепады на горных ж/д, упавшие деревья и пр.The last carriage in front of the last train, people on the way, wild and domestic animals, rockfalls on mountain railways, fallen trees, etc. can also be an obstacle.
Почти единственным способом обнаружить возникшие препятствия на ж/д пути является оптический, то есть взгляд машиниста. Здесь вступает в силу человеческий фактор: усталость, рассеянность, отвлечение, особенности зрения, также правильное определение расстояния до возникшего препятствия. В дополнении к этому крутые повороты ж/д колеи, снижающие прямую видимость от кабины локомотива до этого препятствия, а также ограниченная видимость: ночь, дымка, туман, снег, сильный дождь.Almost the only way to detect obstacles on the railway track is the optical, that is, the look of the driver. Here the human factor comes into effect: fatigue, distraction, distraction, especially vision, also the correct determination of the distance to the obstacle that has arisen. In addition to this, sharp turns of the railway track, reducing direct visibility from the cab of the locomotive to this obstacle, as well as limited visibility: night, haze, fog, snow, heavy rain.
Таким образом назрела необходимость исключить до минимума эти факторы, мешающие своевременному обнаружению возникших препятствий и поручить какой-либо системе объективное и независимое наблюдение обстановки на ж/д пути с сигнализацией обнаружения препятствий, вплоть для принятия решения об экстренном торможении. (в некоторых случаях, особенно на ж/д переездах).Thus, there is a need to minimize these factors that impede the timely detection of obstacles that have arisen and instruct any system to objectively and independently monitor the situation on the railway track with an alarm to detect obstacles, up to a decision on emergency braking. (in some cases, especially at railway crossings).
В настоящее время из известных источников авторам о наличии такой системы на ж/д транспорте неизвестно.Currently, from known sources, the authors do not know about the presence of such a system in railway transport.
Известны попытки создания такой системы для автомобилей, в основном в ближнем ИК - диапазоне. Также известна попытка создать систему обнаружения препятствий на основе алгоритма формирования критериальной функции с автофокусировкой, см. Будаи Б.Т. статья «Обеспечение безопасности вождения транспортных средств в условиях пестрых фонов», см. труды 26-ой международной Крымской конференции, Том 10, М, Минск, Севастополь, 2016 г., стр. 2367.There are known attempts to create such a system for automobiles, mainly in the near infrared. Also known is an attempt to create an obstacle detection system based on an algorithm for generating a criterial function with autofocus, see Budai B.T. article “Ensuring the safety of driving vehicles in a colorful environment”, see proceedings of the 26th International Crimean Conference, Volume 10, M, Minsk, Sevastopol, 2016, p. 2367.
Эти системы показывают визуальную обстановку, а в условиях плохой видимости и выбранного частотного диапазона это, естественно, снижает эффективность обнаружения препятствий.These systems show the visual environment, and in conditions of poor visibility and the selected frequency range, this, of course, reduces the efficiency of detecting obstacles.
Известны автодинные радиолокаторы малого радиуса действия с частотной модуляцией, которые нашли широкое применение на ж/д транспорте в качестве измерителей параметров движения вагонов на сортировочных горках, локомотивов относительно полотна дороги, обнаружителей занятости стрелочных переводов и ж/д переездов, датчиков предупреждения столкновений и многое другое, см. Носков В.Я. и др. «Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазона и их применение», ч. 9 «Радиолокационное применение автодинов «Успехи современной радиоэлектроники», 2016, №3, стр. 32-80.Known autodyne short-range radars with frequency modulation, which are widely used in railway transport as measuring instruments for the movement of cars on sorting hills, locomotives relative to the roadway, employment detectors of turnouts and railway crossings, collision avoidance sensors and much more see Noskov V.Ya. and others. “Modern hybrid-integrated autodyne microwave and millimeter-wave generators and their application”,
Недостаток: малый радиус действия до 100-200 м.Disadvantage: short range up to 100-200 m.
Также известен патент РФ №2378654 от 10.01.2010 г. «Локомотивная система определения скорости движения и пройденного пути», которая содержит три приемоизлучающих устройства, каждое из которых включает блок СВЧ - излучателя с передающей антенной и приемный блок отраженного СВЧ - излучения с приемной антенной и усилителем и программируемый микропроцессор с двумя блоками корреляционно-экстремальной обработки. Все приемоизлучающие устройства расположены последовательно по продольной симметрии рельса и отраженные сигналы от подстилающего балласта, воспринимаются и анализируются по специальному обеспечению.Also known is the patent of the Russian Federation No. 2378654 dated January 10, 2010, “Locomotive system for determining the speed and distance traveled”, which contains three receiving-emitting devices, each of which includes a microwave emitter unit with a transmitting antenna and a receiving unit of reflected microwave radiation with a receiving antenna and an amplifier and programmable microprocessor with two blocks of correlation-extreme processing. All receiving and emitting devices are arranged sequentially along the longitudinal symmetry of the rail and the reflected signals from the underlying ballast are perceived and analyzed with special support.
Недостаток: очень сложное схемное решение за счет применения корреляционной обработки, а также нестабильная работа в экстремальных условиях эксплуатации.Disadvantage: a very complex circuit solution due to the use of correlation processing, as well as unstable operation in extreme operating conditions.
Эта система вообще не применима в высокоскоростных ж/д магистралях, в которых не используются шпалы, а есть только прочное подстилающее основание на всем пути, т.е. нет балласта в обычном смысле этого слова, т.е. нет реперов для отчетов.This system is generally not applicable in high-speed railways in which sleepers are not used, but there is only a solid underlying foundation all the way, i.e. there is no ballast in the usual sense of the word, i.e. no benchmarks for reports.
Наиболее близким техническим решением является система сравнения эталонного и реального профиля пути впереди идущего локомотива с помощью РЛС, сканирующей по углу места и азимута в пределах 15-20° («профиль горизонта») полученные данные сравниваются с эталонными профилями, хранящимися в памяти РЛС для различных точек профиля горизонта, так называемой цифровой дорожной карты. См. Carlson G «Horizon profile checkpoint for low-altitude aircraft» - IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 1976, v. AES-12. №2.The closest technical solution is a system for comparing the reference and real path profile of a locomotive ahead using a radar, scanning along the elevation and azimuth in the range of 15-20 ° (“horizon profile”), the obtained data are compared with the reference profiles stored in the radar memory for various horizon profile points, the so-called digital roadmap. See Carlson G "Horizon profile checkpoint for low-altitude aircraft" - IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 1976, v. AES-12. No. 2.
Недостаток:Disadvantage:
- только радиолокационный режим, нет визуализации впередилежащего пути и его ближайших окрестностей диаграммы направленности;- only radar mode, there is no visualization of the path ahead and its immediate vicinity of the radiation pattern;
- применение механического сканирования антенны создает ряд неудобств в эксплуатации и удорожает стоимость системы;- the use of mechanical scanning of the antenna creates a number of inconveniences in operation and increases the cost of the system;
- применение фазированной антенной решетки с электронным сканированием приводит к значительному усложнению РЛС, а, значит, и удовлетворению габаритно-массовых характеристик.- the use of a phased antenna array with electronic scanning leads to a significant complication of the radar, and, therefore, the satisfaction of overall mass characteristics.
Технической задачей изобретения является повышение точности и достоверности измерения параметров движения и создание системы, которая не нуждается ни в установке каких-либо дополнительных реперных элементов вдоль рельсовой колеи, ни в приеме сигналов спутниковых навигационных систем для определения координат локомотива на ж/д пути, а также, нужен как говорят на флоте, «впередсмотрящий», т.е. важно видеть реальную обстановку впереди пути движения локомотива (от нескольких метров до 1,5-2,0 км) как бы вид из кабины машиниста, только с высоким разрешением по дальности, несмотря на любые плохие погодные условия: снег, дождь, туман и пр.An object of the invention is to increase the accuracy and reliability of measuring motion parameters and create a system that does not need to install any additional reference elements along the rail track, or to receive signals from satellite navigation systems to determine the coordinates of a locomotive on a railway track, and , they need, as they say in the fleet, the "forward looking", i.e. it is important to see the real situation ahead of the path of the locomotive (from several meters to 1.5-2.0 km) as if the view from the driver’s cab, only with high resolution in range, in spite of any bad weather conditions: snow, rain, fog, etc. .
Технический результат достигается за счет применения:The technical result is achieved through the use of:
- радиолокации малой дальности;- short-range radar;
- четырех каналов измерения по два последовательных на каждый монорельс;- four measurement channels, two consecutive for each monorail;
- широкополосных зондирующих сигналов с высоким разрешением по дальности;- broadband probing signals with high resolution in range;
- оптимальной обработки отраженных сигналов.- optimal processing of reflected signals.
Для решения поставленной задачи предлагается способ путевой навигации и обзора передней полусферы локомотива по геометрии железнодорожного пути, основанный на радиолокации малой дальности и использовании дорожной карты, отличающийся тем, что содержит две радиолокационные системы - РЛС: первая сканирует подстилающую поверхность пути под днищем локомотива, определяя по выбранным реперным точкам текущие координаты локомотива на пути следования и мгновенную скорость, вторая сканирует переднюю полусферу по пути следования локомотива, определяя радиолокационные ориентиры непосредственно на рельсовом пути и по обе стороны от него, полученные результаты сканирования передней полусферы привязываются к текущим координатам локомотива, определяемые первой системой, непрерывно сравниваются с дорожной картой и оценивается их соответствие и, в случае разногласия, выдается сигнал опасности, причем вторая РЛС одновременно строит визуальное 3D изображение передней полусферы в пределах радиолокационной прямой видимости в реальном масштабе времени, независящее от погодных условий.To solve this problem, we propose a way of navigating and viewing the front hemisphere of a locomotive along the geometry of the railway track, based on short-range radar and using a road map, characterized in that it contains two radar systems - radar: the first scans the underlying surface of the track under the bottom of the locomotive, determining by selected reference points the current coordinates of the locomotive along the route and instantaneous speed, the second scans the front hemisphere along the route of the locomotive, about By sharing radar landmarks directly on the rail track and on both sides of it, the obtained results of scanning the front hemisphere are tied to the current locomotive coordinates determined by the first system, they are continuously compared with the road map and their compliance is evaluated and, in case of disagreement, a danger signal is generated, and the second The radar simultaneously builds a visual 3D image of the front hemisphere within the real-time radar line of sight, independent of weather conditions Wii.
На фиг. 1 показана общая структурная электрическая схема реализации данного способа, на которой изображено:In FIG. 1 shows a general structural electrical diagram of the implementation of this method, which shows:
1 - схема в целом;1 - diagram as a whole;
2 - первая навигационная РЛС;2 - the first navigation radar;
3 - вторая РЛС - обзора передней полусферы;3 - second radar - overview of the front hemisphere;
4 и 6 - блоки приемо-передающих антенн первой РЛС;4 and 6 - blocks of the transceiver antennas of the first radar;
5 и 7 - вычислители первой РЛС;5 and 7 - calculators of the first radar;
8 - микроконтроллер первой РЛС;8 - microcontroller of the first radar;
9 - блок антенн MIMO обзора передней полусферы локомотива второй РЛС;9 is a block of antennas MIMO review of the front hemisphere of the locomotive of the second radar;
10 - электронное ядро второй РЛС (АЛУ);10 - the electronic core of the second radar (ALU);
11 - цифровая дорожная карта;11 is a digital roadmap;
13 - центральный процессор (ЦП);13 - Central processing unit (CPU);
14-монорельс;14-monorail;
15 - подкладка для крепления шпалы к монорельсу;15 - lining for fastening the sleepers to the monorail;
16 - шпала;16 - sleepers;
17 - отражающие предметы на ж/д колее и по обе стороны от него впереди локомотива.17 - reflecting objects on the railway track and on either side of it in front of the locomotive.
Схема на фиг. 1 имеет следующие соединения.The circuit of FIG. 1 has the following compounds.
Выходы блоков приемо-передающих антенн 4 и 6 связаны с вычислителями 5 и 7 первой РЛС, а выход блока приемо-передающих антенн 9 второй РЛС связан с ее электронным ядром 10, выходы обоих вычислителей 5 и 7 первой РЛС соединены с сигнальными входами микроконтроллера 8, выходы обеих РЛС соединены с первым и вторым входами ЦП 13 соответственно, с третьим входом которого соединена цифровая дорожная карта 11.The outputs of the blocks of
На фиг. 2 показана структурно-электрическая схема одного вычислителя 5 (второй 7 полностью идентичен), на которой изображено:In FIG. 2 shows a structural electrical diagram of one calculator 5 (second 7 is completely identical), which shows:
18 - СВЧ - генератор;18 - microwave - generator;
19 - передатчик;19 - transmitter;
20, 21 - согласованные приемники;20, 21 - matched receivers;
22 и 23 - АЦП;22 and 23 - ADC;
24 и 25 - цифровые нормалиаторы;24 and 25 - digital normalizers;
26 - цифровая схема вычитания;26 is a digital subtraction scheme;
А1 - передающая антенна;A1 - transmitting antenna;
А2 и A3 - приемные антенны.A2 and A3 are receiving antennas.
Схема имеет следующие соединения:The circuit has the following connections:
Выход СВЧ-генератора 18 через передатчик 19 соединен с передающей антенной А1 блока приемо-передающих антенн 4, также выход СВЧ-генератора 18 соединен со вторым входом согласованных приемников 20 и 21; выходы которых последовательно через АЦП 22 и 23 и через цифровые нормализаторы 24 и 25, соответственно, соединены с первым и вторым входами схемы вычитания 26, выход которой соединен с сигнальным входом МК 8; шины управления МК 8 соединены с управляющими входами АЦП 22 и 23, СВЧ-генератора 18.The output of the microwave generator 18 through the transmitter 19 is connected to the transmitting antenna A1 of the transceiver antenna unit 4, and the output of the microwave generator 18 is connected to the second input of the matched
Первая РЛС работает следующим образом. По управляющему сигналу с выхода МК 8 генератор СВЧ 18 начинает генерировать последовательность сигналов сверхвысокой частоты, которые через передатчик 19 возбуждают в антенне А1 электромагнитные волны, которые частично отражаются от подстилающей поверхности (шпалы, балласта), а главным образом от подкладок 15 с болтами и гайками на них, крепящих монорельс 14 к железобетонным шпалам 16. Отраженные от подкладки 15 сигналы принимаются антеннами А2 и A3 и через согласованные приемники 20 и 21, и через АЦП 22 и 23 нормируются на схемах 24 и 26, где и выделяются их НЧ-составляющие. Затем выделенные НЧ сигналы подаются на схему вычитания 26, при этом фиксируются моменты времени, когда сигналы со схемы вычитания проходят через нулевое значение. И вычисляется промежуток времени ΔT между двумя отсчетами прохождения нуля.The first radar operates as follows. According to the control signal from the output of
Фиксация моментов времени прохода через подкладку антеннами 4 и 6 (вычислителями 5 и 7) происходит в МК 8, где вычисляется промежуток времени ΔT, а по нему и базе линейная скорость локомотива, пройденный путь и число пройденных шпал и все вычисленные параметры передаются в ЦП 13 для дальнейшей обработки.The time moments of passage through the lining by the antennas 4 and 6 (
На фиг. 3 показаны кривые напряжений на входах и выходах схемы вычитания 26, на которых изображено:In FIG. 3 shows the voltage curves at the inputs and outputs of the subtraction circuit 26, which shows:
27 - кривые напряжений на выходе второго вычислителя 7 (вход 2 схемы вычитания 26);27 - voltage curves at the output of the second calculator 7 (
28 - кривые напряжений на выходе первого вычислителя 5 (вход 1 схемы вычитания 26);28 - voltage curves at the output of the first calculator 5 (
29 - кривая напряжения на выходе схемы вычитания 26;29 - voltage curve at the output of the subtraction circuit 26;
30 - точки перехода через ноль разностного сигнала обоих вычислителей;30 — transition points through zero of the difference signal of both calculators;
ΔT - время прохода середины подкладки шпалы между вторым и первым вычислителями (между соседними точками перехода через ноль).ΔT is the transit time of the middle of the sleepers lining between the second and first calculators (between adjacent points of transition through zero).
Линейная скорость локомотива определяется по простейшей формуле S=V*t, а зная расстояние между антеннами 4 и 6 (например, 3 метра) и время межу моментами фиксации (перехода через ноль каждого регистратора), то скорость где S - фиксированное расстояние между антеннами 4 и 6, ΔT - время межу переходами через ноль антенн A3 и А2, именно в этой послеовательности.The linear speed of the locomotive is determined by the simplest formula S = V * t, and knowing the distance between antennas 4 and 6 (for example, 3 meters) and the time between the moments of fixation (crossing zero of each recorder), then the speed where S is a fixed distance between
Для высокоскоростных железных дорог (300-500 км/час) можно взять промежуток времени ΔT за большее число нулевых отметок, например, 5, тогда For high-speed railways (300-500 km / h), you can take the time interval ΔT for a larger number of zero marks, for example, 5, then
Фиксируя каждую шпалу, по дорожной карте определяем местоположение локомотива на местности, а интегрируя значения скорости, определяем пройденный путь.Fixing each sleeper, we determine the location of the locomotive on the road map, and integrating the speed values, determine the distance traveled.
Таким образом, выполнение операций согласно заявленному способу позволяет обеспечить измерение линейной скорости локомотива и пройденного пути с высокой функциональной надежностью.Thus, the operations according to the claimed method allows to measure the linear speed of the locomotive and the distance traveled with high functional reliability.
Устройство по данному способу устанавливается под днищем локомотива на высоте 0,5-1,0 м. над уровнем головки рельсов. Расстояние между антеннами 4 и 6 - база (оптимальное) можно взять равным трем метрам. Зная количество пройденных шпал, определяется с помощью дорожной карты место нахождения локомотива и значимость действия машиниста: набрать скорость (сбросить скорость) до определенной величины, торможение до остановки и пр. При перемещении локомотива (устройства) над железнодорожным полотном интенсивность отраженного сигнала имеет периодический характер, обусловленный периодичностью расположения шпал в рельсошпальной решетке. Характер изменения отраженного и принятого сигнала при перемещении локомотива, а, следовательно, и устройства (а именно наличие нуля принятого сигнала при нахождении над серединой очередной подкладки) позволяет определить количество пройденных шпал и тем самым положение локомотива на рельсовой колее, также при помощи сравнения с дорожной картой.The device according to this method is installed under the bottom of the locomotive at a height of 0.5-1.0 m above the level of the rail head. The distance between antennas 4 and 6 - the base (optimal) can be taken equal to three meters. Knowing the number of railway sleepers traveled, the location of the locomotive and the significance of the driver’s action are determined using the roadmap: pick up speed (slow down) to a certain value, slow down to a stop, etc. When the locomotive (device) moves over the railway track, the intensity of the reflected signal is periodic, due to the periodicity of the sleepers in the rail-sleeper. The nature of the change in the reflected and received signal when moving the locomotive, and, consequently, the device (namely, the presence of a zero of the received signal when it is above the middle of the next lining) allows you to determine the number of railway sleepers traveled and thereby the position of the locomotive on the rail track, also by comparison with the road by card.
На фиг. 4 показана упрощенная структурная электрическая схема второй РЛС 3 (обора передней полусферы), на которой изображено:In FIG. 4 shows a simplified structural electrical diagram of a second radar 3 (obora of the front hemisphere), which shows:
31 - микроконтроллер МК;31 - microcontroller MK;
32 - СВЧ-ключ (коммутатор);32 - microwave key (switch);
33 - многофункциональный приемник;33 - multifunctional receiver;
34 - усилитель-модулятор;34 - amplifier-modulator;
35 - генератор, управляемый напряжением (ГУН);35 - voltage controlled oscillator (VCO);
36 - делитель мощности;36 - power divider;
37 - усилитель-фильтр сигнала биений;37 - amplifier-filter for the beat signal;
38 - усилитель-фильтр сигналов биения.38 is an amplifier filter for the heartbeat signals.
Схема второй РЛС имеет следующие соединения:The scheme of the second radar has the following connections:
38 - схема визуализации (3D изображение - монитор).38 is a visualization diagram (3D image - monitor).
Схема имеет следующие соединения: МК 31 двунаправленной шиной соединен с многофункциональным приемником 33, второй выход которого соединен с управляющим входом СВЧ-ключа 32, и первый выход через усилитель модулятор 34, ГУН 35 и делитель мощности соединен с входом усилителя мощности и через смеситель-фильтр сигнала биений 38 - с информационным входом многофункционального цифрового приемника 33; выход усилителя мощности 37 соединен с первым входом СВЧ-ключа, со вторым входом которого соединен выход приемных линеек рамок MIMO 9, первый выход СВЧ-ключа соединен с передающими линейками рамок MIMO 9, а второй выход с другим входом смесителя-фильтра сигнала биений 38; первый выход МК 31 является выходом второй РЛС и соединен со вторым входом ЦП 13 (фиг. 1), а второй выход соединен с блоком визуализации 38 - монитором.The circuit has the following connections:
В основу построения схемы положены следующие принципы работы радиолокатора, предназначенного для построения трехмерных радиочастотных изображений объекта зондирования:The basis for constructing the circuit is the following principles of the radar, designed to build three-dimensional radio-frequency images of the sensing object:
- зондирующий сигнал с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ);- probing signal with linear frequency modulation (LFM);
- корреляционно-фильтровая обработка отраженного сигнала, внутренняя когерентность системы;- correlation and filter processing of the reflected signal, internal coherence of the system;
- радиоголографический синтез изображения (метод синтезированной апертуры);- radio holographic image synthesis (synthesized aperture method);
- неподвижная многоканальная антенная система MIMO.- Fixed multi-channel antenna system MIMO.
Цель их применения состоит в достижении:The purpose of their application is to achieve:
- высокой разрешающей способности по дальности за счет применения сверхширокополосного зондирующего сигнала;- high resolution in range due to the use of ultra-wideband sounding signal;
- высокого углового разрешения за счет синтеза апертуры при использовании малогабаритных антенн;- high angular resolution due to the synthesis of the aperture when using small antennas;
- быстрого процесса сканирования.- fast scanning process.
Вторая РЛС работает следующим образом:The second radar operates as follows:
Под управлением микроконтроллера МК 31 и синхронно с запуском АЦП формирует зондирующий ЛЧМ-сигнал в диапазоне частот от 2 ГГц до 4 ГГц.Under the control of the
Полосовой фильтр-усилитель 37 отфильтровывает полезные спектральные составляющие сигнала биений, соответствующие рабочим дальностям от 5 м до 1-2 км, а также предотвращает наложение спектров при последующем аналого-цифровом преобразовании.The band-
Многофункциональный цифровой приемник 33 предназначен для оцифровки сигнала биений, поступающего с выхода аналогового фильтра-усилителя сигналов биений 37, формирования пакетов данных и передачу их в блок обработки (АЛУ). Кроме того цифровой приемник управляет работой СВЧ-ключа 32 синхронно с работой АЦП.The multifunctional
По команде МК 31 начать преобразование на каждый отчет модулирующего напряжения на выходе ЦАП формируется отчет АЦП. АЦП имеет 18 разрядов и производительность до 1 Мегавыборки в секунду. Работой ЦАП и АЦП управляет микроконтроллер МК 31, который осуществляет синхронизацию работы АЦП и ЦАП, считывает оцифрованные данные с выхода АЦП и передает их по стандартному интерфейсу RS232 (USB) в блок обработки. Схема имеет два независимых канала АЦП, благодаря чему возможна квадратурная обработка сигнала. ЦАП служит для формирования скорректированного пилообразного напряжения для ГУН передатчика 35. Память необходима для хранения отсчетов сигнала во время зондирования.At the command of
Вторая РЛС многофункциональна. Она может работать как в высокочастотном варианте локатора, формируя моделирующее напряжение посредством ЦАП для ГУН, так и в низкочастотном (для получения 3D изображения) до 400 МГц благодаря наличию DDS (прямого цифрового синтеза).The second radar is multifunctional. It can work both in the high-frequency version of the locator, generating simulating voltage through the DAC for the VCO, and in the low-frequency (for 3D image) up to 400 MHz due to the presence of DDS (direct digital synthesis).
Микроконтроллер МК 31 имеет два порта дискретного ввода-вывода. Они использованы для управления коммутацией антенн (высокочастотный вариант) или дляThe
На фиг. 5 приведена общая структурная схема антенных решеток второй РЛС, состоящая из 4-х антенных рамок каждая из которых - это две передающие линейки и еще две приемные линейки, на ней изображено:In FIG. 5 shows the general structural diagram of the antenna arrays of the second radar, consisting of 4 antenna frames, each of which is two transmitting lines and two more receiving lines, it shows:
а - линейки передающих антенн;a - line of transmitting antennas;
б - линейки приемных антенн;b - line receiving antennas;
в - эффективная апертура.c - effective aperture.
В реальности число ячеек определяется техническими требованиями к системе: разрешающая способность по дальности, требуемая диаграмма направленности и т.д.In reality, the number of cells is determined by the technical requirements for the system: range resolution, required radiation pattern, etc.
Рамки MIMO в количестве четырех штук по 4 приемных и 4 передающих излучателей в каждой крепятся по углам ветрового стекла локомотива, направление максимального излучения каждого отдельного излучателя в рамке и всех четырех рамок в целом оказывается таким, что парциальные диаграммы направленности складываются в нужном направлении. Эта система из 4-х малогабаритных рамок применена на второй РЛС (обзора передней полусферы).MIMO frames in the amount of four pieces of 4 receiving and 4 transmitting emitters in each are mounted on the corners of the locomotive's windshield, the direction of the maximum radiation of each individual emitter in the frame and all four frames as a whole turns out to be such that the partial radiation patterns are folded in the right direction. This system of 4 small-sized frames is used on the second radar (front hemisphere overview).
В первой РЛС (навигационной) передающие антенны и принимающие могут быть выполнены на основе элементарных излучателей или в виде спиральных антенн.In the first radar (navigation), the transmitting and receiving antennas can be made on the basis of elementary radiators or in the form of helical antennas.
В основу работы системы обзора передней полусферы положен принцип широкополосного радиолокатора с синтезированной апертурой; зондирующий сигнал с линейной частотной модуляцией; корреляционно-фильтровая обработка отраженного сигнала с внутренней когерентностью. Это позволяет получить высокую разрешающую способность, высокое угловое разрешение за счет синтеза апертуры при использовании малогабаритных антенн в составе MIMO-линеек или матриц (MIMO - это Multiple Input - Multiple Output, множественный вход - множественный выход).The operation of the front hemisphere viewing system is based on the principle of a broadband synthetic aperture radar; probing signal with linear frequency modulation; correlation-filter processing of the reflected signal with internal coherence. This allows you to get high resolution, high angular resolution due to the synthesis of the aperture when using small antennas as part of MIMO rulers or matrices (MIMO is Multiple Input - Multiple Output, multiple input - multiple output).
Систем из двух РЛС работает следующим образом. При движении локомотива первой РЛС производится непрерывное измерение его местонахождения и вычисляется значение мгновенной скорости и эти данные передаются в центральный процессор. Одновременно вторая РЛС сканирует переднюю полусферу ж/д пути по движению локомотива и определяет все радиолокационные отражающие ориентиры, передавая их координаты также в ЦП. Этими ориентирами может быть будки обходчиков, трансформаторные подстанции, мачты сотовой связи, ж/д переезды и т.д. ЦП сравнивает эти полученные ориентиры с ориентирами пути занесенными в цифровую дорожную карту. При совпадении этих ориентиров между собой считается, что все в порядке. Если же есть отличия, особенно на ж/д переездах: застрявший автотранспорт, свалившийся груз и пр., то это уже внештатная ситуация и ЦП выдает сигнал машинисту и по радиоканалу в диспетчерский пункт и производится экстренное торможение по команде машиниста или автоматически.The system of two radars operates as follows. When the locomotive of the first radar moves, its location is continuously measured and the instantaneous speed value is calculated and this data is transmitted to the central processor. At the same time, the second radar system scans the front hemisphere of the railway track by locomotive movement and determines all radar reflective landmarks, transmitting their coordinates also to the CPU. These landmarks can be lineman's booths, transformer substations, mobile communications masts, railway crossings, etc. The CPU compares these obtained landmarks with the landmarks recorded in the digital roadmap. With the coincidence of these landmarks among themselves, it is believed that everything is in order. If there are differences, especially at railway crossings: a stuck vehicle, a laden cargo, etc., then this is an emergency situation and the CPU gives a signal to the driver and over the radio channel to the control center and emergency braking is performed by the driver's command or automatically.
Также система может обнаружить и выдать сигналы о наличии на ж/д пути людей (группу), диких и домашних животных (стадо), а также только приближающего к ж/д переезду автотранспорта и многое другое, включая встречный поезд по одному и тому же пути (сверхаварийная ситуация, бывает и такое).The system can also detect and give signals about the presence of people (group), wild and domestic animals (herd) on the railway track, as well as vehicles that are only approaching the railway crossing and much more, including the oncoming train along the same track (emergency situation, it happens).
Совместная работа этих двух РЛС позволяет значительно увеличить контроль дорожной обстановки на пути движения локомотива и повысить безопасность движения.The joint work of these two radars can significantly increase control of the traffic situation on the path of the locomotive and increase traffic safety.
Система особенно эффективна при обнаружении внештатных ситуаций, например, при контроле нерегулируемых переездов, на которых приходят большинство столкновений ж/д составов в автомобильными видами транспорта, включая тракторные, сюда же входят различные с/х самоходные машины, также спецтехника в виде экскаваторов, погрузчиков и прочих, так как водители вышеперечисленных машин не очень дружат с правилами дорожного движения, а также не всегда соблюдают «сухой закон», отсюда и возникают внештатные ситуации.The system is especially effective in detecting emergencies, for example, when monitoring unregulated crossings, which are the majority of train collisions in motor vehicles, including tractor ones, this also includes various agricultural self-propelled vehicles, as well as special equipment in the form of excavators, loaders and others, since the drivers of the above vehicles are not very friendly with the rules of the road, and also do not always comply with the “dry law”, hence the emergencies.
Применение данного способа позволяет выявить возникшие препятствия на ж/д переезде за 1,5-2,0 км., что позволит, безусловно, избежать столкновения, так как, зная расстояние до переезда и скорость локомотива, ЦП легко рассчитает вид торможения, вплоть до экстренного.The application of this method allows you to identify obstacles encountered at the railway crossing for 1.5-2.0 km., Which will certainly avoid a collision, since, knowing the distance to the crossing and the speed of the locomotive, the CPU will easily calculate the type of braking, up to emergency.
Также следует заметить, что определение расстояния до переезда не зависит от погодных условий, как-то дождь, снег, туман и пр.It should also be noted that determining the distance to the crossing does not depend on weather conditions, such as rain, snow, fog, etc.
На дорожной карте делаются особые отметки о ж/д переездах, а ЦП при приближении локомотива к ним на расстоянии 1,5-2,0 км выдает звуковой и световой сигнал машинисту, чтобы он был особенно внимателен.Special marks are made on the road map about railway crossings, and the CPU, when the locomotive approaches them at a distance of 1.5-2.0 km, gives an audio and light signal to the driver so that he is especially attentive.
Также ЦП по дорожной карте сравнивает нанесенные маркерные точки ж/д пути с принятыми второй РЛС отраженными от них отметками и корректирует (в случае необходимости) местонахождение локомотива на ж/д пути.The CPU also compares the marked marker points of the railway track with the accepted second radar marks reflected from them by the road map and corrects (if necessary) the location of the locomotive on the railway track.
Следует заметить, что обор передней полусферы без привязки к местоположению локомотива в любой данный момент времени, а значит соответствие полученного радиолокационного портрета впередилежащей дорожной обстановке, имеет половинчатое решение, т.к. может быть пропуск препятствия или наоборот ложный сигнал о его наличии.It should be noted that the front hemisphere turnaround without reference to the locomotive’s location at any given moment in time, which means that the obtained radar portrait corresponds to the forward-facing traffic situation, has a half solution, because there may be an admission of an obstacle or vice versa a false signal about its presence.
Следовательно, система должна иметь две составляющие: РЛС путевой навигации и РЛС обора передней полусферы жестко связанные между собой по времени и по месту положения локомотива на ж/д пути.Consequently, the system should have two components: the radar of the directional navigation and the radar of the obor of the front hemisphere that are rigidly interconnected in time and in the position of the locomotive on the railway track.
Вторая РЛС может одновременно работать в радиолокационном режиме и совместно с первой РЛС образует законченную систему, и дополнительно - в режиме визуализации местности, помогая машинисту в путевой ориентации особенно в плохую погоду.The second radar can simultaneously operate in radar mode and, together with the first radar, forms a complete system, and additionally, in the visualization mode of the terrain, helping the driver in directional orientation, especially in bad weather.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018100852A RU2679491C1 (en) | 2018-01-10 | 2018-01-10 | Method of way navigation and review of front hemisphere of locomotive on railway geometry |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018100852A RU2679491C1 (en) | 2018-01-10 | 2018-01-10 | Method of way navigation and review of front hemisphere of locomotive on railway geometry |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2679491C1 true RU2679491C1 (en) | 2019-02-11 |
Family
ID=65442388
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018100852A RU2679491C1 (en) | 2018-01-10 | 2018-01-10 | Method of way navigation and review of front hemisphere of locomotive on railway geometry |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2679491C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2747818C1 (en) * | 2020-06-25 | 2021-05-14 | Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ САУТ" (ООО "НПО САУТ") | Method for determining train location by railway track infrastructure in real time |
RU2769956C1 (en) * | 2021-02-04 | 2022-04-11 | Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ САУТ" (ООО "НПО САУТ") | Method and system for determining the speed of a locomotive and the direction of movement |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2127543A (en) * | 1982-09-20 | 1984-04-11 | Jackson Jordan Inc | Track curve lining method and apparatus |
RU2145423C1 (en) * | 1997-08-25 | 2000-02-10 | Болдырев Владимир Илларионович | Method determining coordinates of mobile objects |
WO2005119630A1 (en) * | 2004-06-03 | 2005-12-15 | Sharp Kabushiki Kaisha | Map data generating device, vehicle equipped with same, and map data generating method |
RU89250U1 (en) * | 2009-07-10 | 2009-11-27 | Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" | DEVICE FOR PREPARATION AND TRANSFER OF OPERATIONAL DATA ON THE STATE OF MOBILE COMPOSITION |
RU116862U1 (en) * | 2011-12-09 | 2012-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) | DEVICE FOR DETERMINING SPATIAL PARAMETERS OF OBJECTS OF RAILWAY INFRASTRUCTURE |
RU2579606C1 (en) * | 2015-01-30 | 2016-04-10 | Акционерное общество "Транспутьстрой" | Method of positioning moving rail vehicle on railway track |
-
2018
- 2018-01-10 RU RU2018100852A patent/RU2679491C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2127543A (en) * | 1982-09-20 | 1984-04-11 | Jackson Jordan Inc | Track curve lining method and apparatus |
RU2145423C1 (en) * | 1997-08-25 | 2000-02-10 | Болдырев Владимир Илларионович | Method determining coordinates of mobile objects |
WO2005119630A1 (en) * | 2004-06-03 | 2005-12-15 | Sharp Kabushiki Kaisha | Map data generating device, vehicle equipped with same, and map data generating method |
RU89250U1 (en) * | 2009-07-10 | 2009-11-27 | Открытое Акционерное Общество "Российские Железные Дороги" | DEVICE FOR PREPARATION AND TRANSFER OF OPERATIONAL DATA ON THE STATE OF MOBILE COMPOSITION |
RU116862U1 (en) * | 2011-12-09 | 2012-06-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Сибирский государственный университет путей сообщения" (СГУПС) | DEVICE FOR DETERMINING SPATIAL PARAMETERS OF OBJECTS OF RAILWAY INFRASTRUCTURE |
RU2579606C1 (en) * | 2015-01-30 | 2016-04-10 | Акционерное общество "Транспутьстрой" | Method of positioning moving rail vehicle on railway track |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
CARLSON G. Horisjn profile checkpoint for low-altitude aircraft. IEEE Transaction jn Aerospace and Electronic Systems, 1976, v.AES-12, N2. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2747818C1 (en) * | 2020-06-25 | 2021-05-14 | Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ САУТ" (ООО "НПО САУТ") | Method for determining train location by railway track infrastructure in real time |
RU2769956C1 (en) * | 2021-02-04 | 2022-04-11 | Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ САУТ" (ООО "НПО САУТ") | Method and system for determining the speed of a locomotive and the direction of movement |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7317987B2 (en) | Vehicle navigation, collision avoidance and control system | |
CA2273400C (en) | Method and apparatus for controlling trains by determining a direction taken by a train through a railroad switch | |
US6072421A (en) | Moving object high-accuracy position locating method and system | |
US2996137A (en) | Automatic radar guided and computer controlled vehicles | |
US3971025A (en) | Airport ground surveiliance system with aircraft taxi control feature | |
JPWO2007111130A1 (en) | Radar device and moving body | |
CN111670381A (en) | Method and device for determining the speed of a vehicle | |
RU2679491C1 (en) | Method of way navigation and review of front hemisphere of locomotive on railway geometry | |
JPWO2005026770A1 (en) | Radar equipment | |
CN110596731A (en) | Active obstacle detection system and method for metro vehicle | |
CN109031302A (en) | Analyze the method and apparatus of vehicle environmental and the vehicle equipped with this device | |
JPH0854461A (en) | Noncontact speed-measuring apparatus for railroad vehicle | |
US20200198674A1 (en) | System for obstacle detection | |
CN107783116A (en) | Pilotless automobile complex environment anticollision millimetre-wave radar system | |
CN114063061A (en) | Method for monitoring a vehicle by means of a plurality of sensors | |
FR2361669A1 (en) | ROUTE MEASUREMENT SYSTEM WITH DOPPLER-EFFECT RADAR FOR VEHICLES ASSOCIATED WITH ONE TRACK | |
WO2006123628A1 (en) | Radar and radar system | |
RU2747818C1 (en) | Method for determining train location by railway track infrastructure in real time | |
CN114829974A (en) | Electronic device, control method for electronic device, and program | |
RU2378654C1 (en) | Locomotive system for determining movement speed and passed distance | |
RU2679268C1 (en) | Method of way navigation and measuring speed of a locomotive according to geometry of a railway | |
RU2808863C1 (en) | Method and system for determining railroad engine speed and direction of movement | |
RU2769100C2 (en) | Method for compiling a digital railway map and application thereof for monitoring the movement of a locomotive | |
JP3911269B2 (en) | Radar system, radar apparatus, and distance measuring method | |
RU2769956C1 (en) | Method and system for determining the speed of a locomotive and the direction of movement |