FR2731974A1 - Train detection system for railway track section - Google Patents
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Abstract
Description
Dispositif de surveillance du traffic ferroviaire
La présente invention est relative à un dispositif de surveillance du traffic ferroviaire.Rail traffic monitoring system
The present invention relates to a rail traffic monitoring device.
Le secteur technique de l'invention est celui de la fabrication des matériels de surveillance du traffic ferroviaire. The technical sector of the invention is that of the manufacture of railway traffic monitoring equipment.
La présente invention a particulièrement pour objet le contrôle de la présence ou de l'absence d'un convoi dans une zone ou section déterminée d'un réseau ferroviaire. The present invention particularly relates to the control of the presence or absence of a convoy in a specific area or section of a rail network.
Il est connu d'équiper chaque tronçon ou zone successifs d'un réseau ferroviaire, d'un émetteur situé à une première extrémité du tronçon et d'un récepteur situé à une deuxième extrémité du tronçon, qui capte les signaux transmis par les rails du tronçon. It is known to equip each successive section or area with a rail network, a transmitter located at a first end of the section and a receiver located at a second end of the section, which picks up the signals transmitted by the rails of the section.
Il est connu par ailleurs de détecter localement, le passage d'un essieu en un point donné du réseau ferroviaire, par des dispositifs décrits par exemple dans le brevet FR 2.271.100 (ROBERT Jean). It is also known to locally detect the passage of an axle at a given point in the rail network, by devices described for example in patent FR 2,271,100 (ROBERT Jean).
Les dispositifs de surveillance du traffic ferroviaire par tronçon ou par zone, sont destinés à permettre de détecter la présence d'un essieu d'un convoi présent dans la zone surveillée, du fait que l'essieu provoque un court-circuit entre les deux rails, ce qui provoque un affaiblissement notable du signal reçu par le récepteur, et provoque par conséquent la fermeture ou l'ouverture d'un relais de sortie du récepteur qui constitue une information binaire qui peut être transmise à distance à un poste central de commande et/ou de surveillance du traffic. The rail traffic monitoring devices by section or by area are intended to detect the presence of an axle of a convoy present in the monitored area, because the axle causes a short circuit between the two rails , which causes a notable weakening of the signal received by the receiver, and consequently causes the closing or the opening of an output relay of the receiver which constitutes binary information which can be transmitted remotely to a central control station and / or traffic monitoring.
Les signaux utilisés sont des signaux variables de basse tension, par exemple des signaux modulés en fréquence ou des signaux impulsionnels le récepteur de chaque zone est ajusté pour être sensible au signal émis par l'émetteur de la même zone, des filtres pouvant être prévus pour atténuer les signaux émis par les émetteurs des autres zones, les rails de plusieurs zones successives étant généralement électriquement connectés ou pontés pour servir en outre notamment de support de transmission d'énergie électrique de traction ou autre. The signals used are variable low voltage signals, for example frequency modulated signals or impulse signals the receiver of each zone is adjusted to be sensitive to the signal emitted by the transmitter of the same zone, filters can be provided for attenuate the signals emitted by the transmitters of the other zones, the rails of several successive zones being generally electrically connected or bridged to also serve in particular as a medium for transmitting electrical traction or other energy.
Afin de permettre le réglage et/ou l'accord en fréquence de chaque récepteur sur l'émetteur de la zone considérée, ainsi que pour permettre une adaptation de l'impédance d'entrée du récepteur, l'entrée du récepteur comporte une cellule d'adaptation qui permet au personnel de service d'effectuer les réglages. In order to allow the frequency adjustment and / or tuning of each receiver to the transmitter in the area in question, as well as to allow adaptation of the receiver's input impedance, the receiver's input includes a cell adaptation that allows service personnel to make adjustments.
La présente invention a pour objet d'améliorer les dispositifs connus de surveillance du traffic ferroviaire par zone. The object of the present invention is to improve the known devices for monitoring rail traffic by area.
En effet, les systèmes existants, qui délivrent une information binaire et qui peuvent être utilisés notamment pour la commande de dispositifs de signalisation des zones amont et/ou aval de la zone surveillée, sont susceptibles d'être sujets à des aléas de fonctionnement qui sont dûs notamment à des variations incontrôlées de l'impédance entre les rails (en fonction de variations d'humidité notamment), en l'absence de convois, ainsi qu'à des variations de la qualité du court-circuit provoquées par l'essieu entre les deux rails, du fait notamment de variations de l'impédance de contact entre le rail et la roue de l'essieu. Indeed, existing systems, which deliver binary information and which can be used in particular for the control of signaling devices in the upstream and / or downstream areas of the monitored area, are likely to be subject to operational hazards which are due in particular to uncontrolled variations in the impedance between the rails (depending on variations in humidity in particular), in the absence of convoys, as well as variations in the quality of the short circuit caused by the axle between the two rails, in particular due to variations in the contact impedance between the rail and the axle wheel.
Ces aléas de fonctionnement sont particulièrement préjudiciables dans le cadre de réseaux ferroviaires supportant un traffic dense (tels que les dessertes de grandes zones urbaines, les réseaux de transport urbain, souterrains ou non, métro), et/ou dans le cas de zones dont l'accès pour le personnel de service est difficile et/ou nécessite l'interruption du trafic, telles que galeries, tunnels, ponts notamment. These operational hazards are particularly detrimental in the context of railway networks carrying heavy traffic (such as services to large urban areas, urban transport networks, underground or not, metro), and / or in the case of areas where the 'access for service personnel is difficult and / or requires the interruption of traffic, such as galleries, tunnels, bridges in particular.
L'objet de la présente invention vise notamment à améliorer la fiabilité et la maintenabilité des dispositifs de surveillance du traffic ferroviaire. The object of the present invention is in particular to improve the reliability and maintainability of rail traffic monitoring devices.
La solution au problème posé consiste à procurer un dispositif de surveillance du traffic ferroviaire comportant, pour chaque zone surveillée
- un émetteur d'un signal basse tension qui est connecté aux rails et est situé au voisinage d'une première extrémité de la zone,
- un récepteur du signal émis par l'émetteur, qui est connecté auxdits rails et qui est situé au voisinage d'une deuxième extrémité de la zone,
dans lequel les rails servent de conducteurs de transmission dudit signal émis par l'émetteur, lequel récepteur comporte un détecteur du signal en provenance de la voie ferrée (qui est modifié ou altéré ou fortement affaibli lors de la présence et/ou du passage d'un convoi formant un court circuit entre les rails) dans la zone surveillée, lequel détecteur est raccordé aux bornes d'entrée du récepteur (et/ou à la voie ferrée) par au moins deux fils, dans lequel l'un desdits fils constitue l'enroulement primaire d'un transformateur à flux compensé, lequel dispositif comporte en outre
- un organe de mesure (de l'intensité, par exemple un potentiomètre) du courant circulant dans l'enroulement secondaire du transformateur,
-un dispositif de traitement d'un signal représentatif du courant mesuré,
- un interface numérique de communication (de préférence bidirectionnelle) dudit dispositif de traitement avec un poste de contrôle.The solution to the problem posed consists in providing a rail traffic monitoring device comprising, for each monitored area
- a transmitter of a low voltage signal which is connected to the rails and is located in the vicinity of a first end of the area,
- a receiver of the signal emitted by the transmitter, which is connected to said rails and which is located in the vicinity of a second end of the area,
in which the rails serve as conductors for transmitting said signal emitted by the transmitter, which receiver comprises a detector of the signal from the railway (which is modified or altered or greatly weakened during the presence and / or passage of a convoy forming a short circuit between the rails) in the monitored area, which detector is connected to the input terminals of the receiver (and / or to the railway) by at least two wires, in which one of said wires constitutes l primary winding of a compensated flux transformer, which device further comprises
- a device for measuring (the intensity, for example a potentiometer) of the current flowing in the secondary winding of the transformer,
a device for processing a signal representative of the measured current,
- a digital communication interface (preferably bidirectional) of said processing device with a control station.
Le détecteur de présence est apte à délivrer sur deux bornes de sortie une information/signal binaire représentatif de la présence ou de l'absence d'un convoi dans ladite zone surveillée, et le dispositif de traitement de signal est apte à délivrer sur l'interface numérique de sortie une information/signal numérisé représentatif du courant de signalisation circulant dans la voie. The presence detector is capable of delivering on two output terminals a binary information / signal representative of the presence or absence of a convoy in said monitored area, and the signal processing device is capable of delivering on the digital output interface digital information / signal representative of the signaling current flowing in the channel.
Le transformateur à flux compensé comporte
- un enroulement secondaire,
- un détecteur de flux magnétique résiduel,
- un amplificateur dont l'entrée est connectée audit détecteur de flux et dont la sortie est connectée audit enroulement secondaire,
Selon des modes préférentiels de réalisation de l'invention
- le transformateur comporte un enroulement tertiaire (constituant ledit détecteur de flux magnétique résiduel)
- alternativement, ledit transformateur comporte une sonde à effet
Hall, qui est insérée dans l'armature du transformateur (et qui constitue ledit détecteur de flux magnétique résiduel)
- ledit fil constituant le circuit primaire du transformateur s'étend (de préférence de façon sensiblement rectiligne) au travers d'une ouverture (35) prévue dans la carcasse (l'armature) du transformateur;
- l'armature du transformateur est monobloc (en une seule pièce ou un seul ensemble rigide) et forme un circuit magnétique fermé sur luimême;
- alternativement, l'armature du transformateur est constituée par au moins deux pièces articulées entre elles ou séparables, et apte à former un circuit magnétique fermé sur lui-même
- le dispositif de traitement du signal comporte successivement : un amplificateur, un filtre passe-bande, un convertisseur analogique numérique
- le dispositif de traitement du signal comporte un dispositif numérique à microprocesseur
- le dispositif comporte des moyens de calcul de transformée de
Fourrier (FFT).The compensated flux transformer includes
- a secondary winding,
- a residual magnetic flux detector,
an amplifier whose input is connected to said flux detector and whose output is connected to said secondary winding,
According to preferred embodiments of the invention
- the transformer has a tertiary winding (constituting said residual magnetic flux detector)
- alternatively, said transformer includes an effect probe
Hall, which is inserted in the transformer frame (and which constitutes said residual magnetic flux detector)
- Said wire constituting the primary circuit of the transformer extends (preferably in a substantially rectilinear manner) through an opening (35) provided in the carcass (the armature) of the transformer;
- the transformer frame is in one piece (in one piece or one rigid assembly) and forms a magnetic circuit closed on itself;
- alternatively, the armature of the transformer consists of at least two parts hinged together or separable, and capable of forming a closed magnetic circuit on itself
- the signal processing device successively comprises: an amplifier, a bandpass filter, an analog to digital converter
- the signal processing device includes a digital microprocessor device
the device comprises means for calculating the transform of
Fourrier (FFT).
L'invention permet de disposer à distance d'une information complète (l'image numérique d'un signal analogique) qui peut être analysée pour surveiller l'évolution du signal reçu par le récepteur, pour prévoir, à l'avance dans certains cas, et surveiller l'apparition de défauts du système de détection à sortie binaire ( tout ou rien ). The invention makes it possible to have complete information remotely (the digital image of an analog signal) which can be analyzed to monitor the evolution of the signal received by the receiver, to predict, in advance in certain cases. , and monitor the appearance of faults in the binary output detection system (all or nothing).
Dans le cas préféré où le dispositif comporte un système à microprocesseur pour l'analyse des signaux reçus, qui est connecté à une interface bidirectionnelle de communication, cela permet de paramétrer à distance les analyses effectuées par le dispositif à micro-processeur, et d'interroger à distance le dispositif à micro-processeur pour recevoir les informations élaborées par celui-ci qui sont désirées. In the preferred case where the device comprises a microprocessor system for the analysis of the received signals, which is connected to a bidirectional communication interface, this makes it possible to remotely configure the analyzes carried out by the microprocessor device, and interrogate the microprocessor device remotely to receive the information produced by it which is desired.
L'invention permet la mise en place d'une maintenance préventive sur les équipements de sécurité qui servent à réguler le traffic ferroviaire sans altérer le caractère de sécurité desdits équipements. The invention allows the implementation of preventive maintenance on safety equipment which is used to regulate rail traffic without altering the safety character of said equipment.
Du fait que le signal binaire généré par les détecteurs, est généralement utilisé pour la commande de dispositifs de signalisation à usage des conducteurs de convois, il est important que le système de prise d'informations n'introduise aucun disfonctionnement ou aucune modification de ce système, ce qui peut être obtenu grâce à l'utilisation notamment d'un transformateur à flux compensé, qui sert de capteur du signal reçu par le récepteur. Since the binary signal generated by the detectors is generally used for the control of signaling devices for use by convoy drivers, it is important that the information-gathering system does not introduce any malfunction or any modification of this system , which can be obtained through the use in particular of a compensated flux transformer, which serves as a sensor of the signal received by the receiver.
Dans le cas d'utilisation d'un transformateur à flux compensé qui utilise une cellule de Hall sensible au flux magnétique circulant dans l'armature, la cellule est disposée dans un entrefer ménagé dans l'armature, et le signal délivré par la cellule de Hall est amplifié et envoyé dans l'enroulement secondaire du transformateur pour annuler le champ magnétique résiduel. In the case of using a compensated flux transformer which uses a Hall cell sensitive to the magnetic flux circulating in the armature, the cell is arranged in an air gap formed in the armature, and the signal delivered by the Hall is amplified and sent to the secondary winding of the transformer to cancel the residual magnetic field.
Le circuit magnétique est de préférence en forme générale de tore, afin de libérer une ouverture centrale, servant de passage au fil de raccordement du détecteur, lequel fil constitue ainsi l'enroulement primaire du transformateur, tout en s'étendant librement de façon sensiblement rectiligne, afin d'éviter d'induire toute perturbation dans le signal à mesurer qui circule dans ce fil. The magnetic circuit is preferably in the general shape of a torus, in order to release a central opening, serving as a passage for the connecting wire of the detector, which wire thus constitutes the primary winding of the transformer, while freely extending in a substantially rectilinear manner , in order to avoid inducing any disturbance in the signal to be measured which circulates in this wire.
Dans le cas d'utilisation d'un troisième enroulement tertiaire pour détecter le flux magnétique résiduel, celui-ci est placé autour du circuit magnétique, et est connecté à un amplificateur opérationnel de gain élevé, qui débite dans l'enroulement secondaire, de sorte que l'amplificateur, l'enroulement secondaire, l'enroulement magnétique et l'enroulement tertiaire, constituent une boucle de contre-réaction qui maintient un flux magnétique nul dans le circuit magnétique. In the case of using a third tertiary winding to detect the residual magnetic flux, this is placed around the magnetic circuit, and is connected to a high gain operational amplifier, which flows into the secondary winding, so that the amplifier, the secondary winding, the magnetic winding and the tertiary winding constitute a feedback loop which maintains a zero magnetic flux in the magnetic circuit.
Dans les deux cas, l'intensité du courant circulant dans l'enroulement secondaire, est constamment rigoureusement proportionnel à celle du courant circulant dans l'enroulement primaire, c'est-à-dire dans le fil de transport du signal reçu par le récepteur, c'est-à-dire par le détecteur à sortie binaire. In both cases, the intensity of the current flowing in the secondary winding is constantly rigorously proportional to that of the current flowing in the primary winding, that is to say in the wire carrying the signal received by the receiver. , i.e. by the binary output detector.
L'utilisation de tels types de transformateurs à flux compensé, permet d'obtenir une très grande précision de mesure dans une plage de fréquence très large, de quelques hertz à plusieurs dizaines de kilohertz et avec une très grande dynamique pouvant dépasser 50 décibels, et permet donc de mesurer de façon précise, les faibles courants (quelques microampères ou dizaines de microampères) arrivant au détecteur. The use of such types of compensated flux transformers makes it possible to obtain a very high measurement accuracy in a very wide frequency range, from a few hertz to several tens of kilohertz and with a very high dynamic range which can exceed 50 decibels, and therefore makes it possible to measure precisely, the small currents (a few microamps or tens of microamps) arriving at the detector.
Les nombreux avantages procurés par l'invention seront mieux compris au travers de la description suivante qui se réfère aux dessins annexés qui illustrent sans aucun caractère limitatif des modes préférentiels de réalisation de l'invention. The numerous advantages provided by the invention will be better understood through the following description which refers to the appended drawings which illustrate without any limiting character the preferred embodiments of the invention.
La figure 1 illustre schématiquement le principe connu en soi, de surveillance du traffic ferroviaire dans un réseau ferroviaire découpé en zones successives, parfois appelées cantons. FIG. 1 schematically illustrates the principle known per se, of monitoring rail traffic in a rail network divided into successive zones, sometimes called cantons.
La figure 2 illustre schématiquement les principaux constituants d'un dispositif selon l'invention. Figure 2 schematically illustrates the main components of a device according to the invention.
La figure 3 illustre un mode préférentiel de mise en oeuvre d'un transformateur à flux magnétique compensé dans un dispositif selon l'invention. FIG. 3 illustrates a preferred embodiment of a compensated magnetic flux transformer in a device according to the invention.
Par référence à la figure 1, le réseau ferroviaire est découpé en trois zones successives 1, 2, 3. With reference to FIG. 1, the rail network is divided into three successive zones 1, 2, 3.
Les rails 4 et 5 de la voie ferrée sont respectivement reliés électriquement par des ponts 8 assurant une continuité électrique dans chacun des rails. The rails 4 and 5 of the railway track are respectively electrically connected by bridges 8 ensuring electrical continuity in each of the rails.
Comme représenté figure 1, l'un des rails peut être relié à une masse et entre le rail 4 et le rail 5, est disposé un émetteur 6 d'un signal basse tension par l'intermédiaire d'un transformateur de couplage ou d'isolement 7. As shown in Figure 1, one of the rails can be connected to a ground and between the rail 4 and the rail 5, is arranged an emitter 6 of a low voltage signal via a coupling transformer or isolation 7.
L'émetteur 6 est disposé à une première extrémité de la zone 2 à surveiller et un récepteur 9 correspondant est disposé à proximité de la deuxième extrémité de la zone 2 à surveiller. The transmitter 6 is arranged at a first end of the zone 2 to be monitored and a corresponding receiver 9 is disposed near the second end of the zone 2 to be monitored.
Le récepteur 9 est raccordé au circuit secondaire d'un transformateur 12 relié au récepteur 9 par des bornes d'entrée 10 et 11. The receiver 9 is connected to the secondary circuit of a transformer 12 connected to the receiver 9 by input terminals 10 and 11.
Le circuit primaire du transformateur d'isolement ou de couplage 12 est relié à chacun des rails 4 et 5, et permet de capter le signal transmis par ces rails et émis par le récepteur 6. The primary circuit of the isolation or coupling transformer 12 is connected to each of the rails 4 and 5, and makes it possible to pick up the signal transmitted by these rails and emitted by the receiver 6.
Par référence à la figure 2, le dispositif de détection et de traitement du signal reçu par le récepteur, comporte, connectée aux bornes d'entrée 10 et 11, une cellule d'adaptation 19 qui permet au personnel de service et de maintenance de régler des paramètres du récepteur et permet ainsi de l'accorder à l'émetteur correspondant et à l'impédance correspondante de la zone à surveiller. With reference to FIG. 2, the device for detecting and processing the signal received by the receiver, comprises, connected to the input terminals 10 and 11, an adaptation cell 19 which allows service and maintenance personnel to adjust receiver parameters and thus allows tuning to the corresponding transmitter and the corresponding impedance of the area to be monitored.
Les bornes de sortie de la cellule d'adaptation 19 sont connectées par des fils 17 et 18, aux bornes d'entrée d'un détecteur 13, dont les bornes de sortie sont connectées à un relais 14 muni d'un bobinage 141 et actionnant un contact 142 qui est relié à des bornes de sortie 15 et 16, sur lesquelles l'état binaire du détecteur 13 peut être lu à distance par exemple. The output terminals of the adaptation cell 19 are connected by wires 17 and 18, to the input terminals of a detector 13, the output terminals of which are connected to a relay 14 provided with a winding 141 and actuating a contact 142 which is connected to output terminals 15 and 16, on which the binary state of the detector 13 can be read remotely for example.
Conformément à l'invention, un transformateur 20 à flux compensé est prévu dans le récepteur 9 qui utilise l'un des fils 17 et 18 comme enroulement primaire du transformateur. According to the invention, a compensated flux transformer 20 is provided in the receiver 9 which uses one of the wires 17 and 18 as the primary winding of the transformer.
Le transformateur 20 comporte un détecteur 22 du flux magnétique résiduel qui peut être constitué par une cellule de Hall ou par un enroulement tertiaire. The transformer 20 comprises a detector 22 of the residual magnetic flux which can be constituted by a Hall cell or by a tertiary winding.
Le transformateur 20 comporte également un enroulement secondaire 21 ; comme déjà explicité, le détecteur de flux 22 est connecté aux entrées d'un amplificateur 23 dont la sortie est reliée à l'une des bornes de l'enroulement secondaire 21, de manière à faire circuler dans celui-ci un courant de compensation du flux magnétique qui est une image fidèle du courant circulant dans le fil 18. The transformer 20 also includes a secondary winding 21; as already explained, the flow detector 22 is connected to the inputs of an amplifier 23 whose output is connected to one of the terminals of the secondary winding 21, so as to circulate therein a compensation current of the magnetic flux which is a faithful image of the current flowing in the wire 18.
Le courant 33 circulant dans l'enroulement secondaire 21 peut être capté et transformé en une tension 34 par un capteur tel qu'un potentiomètre 24. The current 33 flowing in the secondary winding 21 can be picked up and transformed into a voltage 34 by a sensor such as a potentiometer 24.
La tension 34 représentant l'image du signal reçu par le détecteur 13 est tout d'abord amplifiée par un amplificateur 25 dont la sortie est reliée à un filtre passe-bande 26 ; à la sortie du filtre 26 est prévu un convertisseur analogique numérique 27 transformant le signal d'entrée analogique en un signal de sortie numérique qui peut être mémorisé et faire l'objet de différents traitements numériques par une unité 28 de traitement numérique, de préférence équipée d'un micro-processeur. The voltage 34 representing the image of the signal received by the detector 13 is firstly amplified by an amplifier 25 whose output is connected to a bandpass filter 26; at the output of the filter 26 is provided an analog-to-digital converter 27 transforming the analog input signal into a digital output signal which can be stored and subjected to different digital processing by a digital processing unit 28, preferably equipped of a microprocessor.
L'unité 28 de traitement numérique du signal est connectée à une interface 29 de communication, de préférence bidirectionnelle, permettant à un poste central 30 ou poste de contrôle d'interroger à distance par l'intermédiaire d'un réseau numérique de télécommunication 31, le dispositif-récepteur et permettant de paramétrer à distance également celui-ci. The digital signal processing unit 28 is connected to a communication interface 29, preferably bidirectional, allowing a central station 30 or control station to interrogate remotely via a digital telecommunications network 31, the receiver device and allowing remote configuration also.
Comme illustré figure 3, le transformateur à flux compensé 20 peut être simplement constitué par une armature 32 magnétique en forme générale de tore, autour de laquelle sont enroulés l'enroulement secondaire 21 et un enroulement tertiaire 22 jouant le rôle de détecteur de flux magnétique résiduel, comme explicité précédemment. As illustrated in FIG. 3, the compensated flux transformer 20 can simply be constituted by a magnetic armature 32 in the general shape of a torus, around which the secondary winding 21 and a tertiary winding 22 playing the role of residual magnetic flux detector are wound. , as explained above.
L'ouverture 35 ménagée dans l'armature 32 du transformateur 20 permet le passage du fil 18 véhiculant le signal délivré au détecteur repéré 13, figure 2. The opening 35 formed in the frame 32 of the transformer 20 allows the passage of the wire 18 conveying the signal delivered to the detector identified 13, FIG. 2.
Les récepteurs de circuits de voie utilisés sont des organes sur lesquels repose la sécurité ferroviaire; ils sont donc dits de sécurité . The track circuit receivers used are bodies on which railway safety is based; they are therefore called security.
Le dispositif selon l'invention n'altère pas la sécurité de l'installation de signalisation existante. Le dispositif mesure et analyse le signal rentrant dans le récepteur en conservant l'isolement galvanique des circuits. Le dispositif selon l'invention n'introduit aucune altération du signal de signalisation et il est capable sans contact électrique de mesurer des courants d'entrée de quelques microampères.The device according to the invention does not alter the security of the existing signaling installation. The device measures and analyzes the signal entering the receiver while maintaining the galvanic isolation of the circuits. The device according to the invention does not introduce any alteration of the signaling signal and it is capable, without electrical contact, of measuring the input currents of a few microamps.
Ce dispositif peut s'adapter pour tout type de circuit de voie
- à fréquence fixe,
- à fréquence modulée,
- à impulsions. This device can be adapted for any type of track circuit
- at fixed frequency,
- frequency modulated,
- pulsed.
Claims (9)
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