RU2271038C1 - Территориальная система контроля транспортировки экологически опасных грузов - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к технике контроля и тревожной сигнализации. Бортовое оборудование, размещаемое на транспортном средстве, содержит комплект датчиков, состоящий из датчика координатной информации, датчика характера груза и сигнальных датчиков, абонентское устройство кодирования, устройство регистрации и радиостанцию с приемно-передающей антенной. Оборудование, размещаемое на пункте управления, содержит радиостанцию с приемно-передающей антенной, два процессора, рабочее место эколога, кодирующее устройство и блок сравнения. Каждая радиостанция включает в себя генератор высокой частоты, фазовый манипулятор, усилитель мощности, дуплексер, гетеродин, два фазовращателя на 90°, два смесителя, два усилителя промежуточной частоты, четыре сумматора, перемножитель, четыре узкополосных фильтра, амплитудный детектор, ключ, универсальный преобразователь частоты. Система обеспечивает безопасный и контролируемый вывоз экологически опасных отходов жизнедеятельности человека и промышленных отходов в места складирования и переработки, а также управление быстрым реагированием мобильными средствами на чрезвычайные ситуации для снижения возможного ущерба. Технический результат заключается в повышении избирательности и помехоустойчивости приемников радиостанций пункта управления и транспортного средства путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по каналу прямого прохождения и интермодуляционным каналам. 8 ил.

Description

Предлагаемая система относится к технике контроля и тревожной сигнализации и может быть использована для оперативного контроля и управления транспортировкой экологически опасных грузов и промышленных отходов в места складирования и переработки.

Известны территориальные системы контроля транспортировки экологически опасных грузов (авт.свид. СССР №966714, 1117672, 1363126, 1693622, 1702406, 1730648, 1764070; патенты РФ №2032227, 2058592, 2178585; патенты США №3636560, 3713125, 4023163, 4751499, 4742338; патенты Германии №2536949; патенты Франции №2199151, 2415840; патент Великобритании №1267040 и другие).

Из известных систем наиболее близкой к предлагаемой является "Территориальная система контроля транспортировки экологически опасных грузов" (патент РФ №2173889, G 08 В 25/10, 1999), которая и выбрана в качестве прототипа.

Данная система обеспечивает повышение экологически безопасного и контролируемого вывоза экологически опасных отходов жизнедеятельности человека и промышленных отходов в места складирования и переработки. Система содержит на транспортном средстве датчик координатной информации, датчик характера груза, сигнальные датчики, абонентское устройство кодирования, устройство регистрации, радиостанцию с приемно-передающей антенной, на пункте управления - радиостанцию с приемно-передающей антенной, первый процессор, блок сравнения, кодирующее устройство, рабочее место эколога, второй процессор.

Радиостанция 5 на транспортном средстве и радиостанция 9 на пункте управления содержат универсальный преобразователь 31 частоты, который обеспечивает подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному каналу на частоте ω_з1 и по комбинационным каналам на частотах ω_k1 и ω_k2.

Однако кроме указанных существуют и другие дополнительные каналы приема.

Так, если частота помехи ω_п близка или равна промежуточной частоте ω_пр (ω_п=ω_пр), то образуется канал прямого прихождения. Для данной помехи элементы преобразователя частоты играют роль простых передаточных звеньев.

Если на вход радиостанции 9 (5) поступают два ложных сигнала (помехи) большой амплитуды на частотах ω₁ и ω₂, то они образуют на любых нелинейных элементах приемного тракта ряд интермодуляционных помех, частоты которых определяются выражением

Следовательно, два мощных сигнала порождают большое число интермодуляционных частот. С повышением порядка (m±n) амплитуды помех быстро уменьшаются. Поскольку в образовании интермодуляционных помех участвует два сигнала, то избирательность приемника к этим помехам называется двухсигнальной избирательностью. Если частота помехи попала в полосу пропускания приемника, она принимается на правах полезного сигнала, т.е. существующие фильтры не способны ее устранить.

Использование высокоизбирательных фильтров на промежуточной частоте, улучшая избирательность по соседнему каналу, способно подавить помеху от одного мощного внеполосного сигнала, но бессильно в подавлении интермодуляционных помех.

Наличие ложных сигналов (помех), принимаемых по каналу прямого прохождения на частоте ω_пр и по интермодуляционным каналам, приводит к снижению избирательности и помехоустойчивости приемника радиостанции.

Технической задачей изобретения является повышении избирательности и помехоустойчивости приемника в радиостанции пункта 2 управления и транспортного средства путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по каналу прямого прохождения и интермодуляционным каналам.

Поставленная задача решается тем, что в территориальной системе контроля транспортировки экологически опасных грузов, содержащей на транспортном средстве датчик координатной информации, датчик характера груза и сигнальные датчики, подключенные к абонентскому устройству кодирования, которое связано с устройством регистрации и радиостанцией с приемно-передающей антенной, на пункте управления последовательно связанные радиостанцию с приемно-передающей антенной, первый процессор и рабочее место эколога, предназначенное для контроля поступающих данных, при этом к выходу первого процессора последовательно подключены блок сравнения, устройство кодирования, рабочее место эколога и второй процессор, выход которого соединен со вторым входом блока сравнения, радиостанции транспортного средства и пункта управления связаны между собой радиоканалом, каждая из указанных радиостанций содержит последовательно включенные генератор высокой частоты, фазовый манипулятор, усилитель мощности и дуплексер, вход-выход которого соединен с приемно-передающей антенной, последовательно включенные гетеродин, первый смеситель, первый усилитель промежуточной частоты и первый сумматор, последовательно подключенные к второму выходу гетеродина первый фазовращатель на 90°, второй смеситель, второй усилитель промежуточной частоты, второй фазовращатель на 90°, первый сумматор, перемножитель, первый узкополосный фильтр, амплитудный детектор, ключ, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, удвоитель фазы, второй узкополосный фильтр, делитель фазы на два, третий узкополосный фильтр, частотный детектор, триггер, балансный переключатель, второй вход которого соединен с выходом третьего узкополосного фильтра, и фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом ключа, а выход является выходом радиостанции, при этом второй вход фазового манипулятора радиостанции пункта управления соединен с выходом первого процессора, а второй вход фазового манипулятора радиостанции транспортного средства соединен с выходом абонентского устройства кодирования, каждая радиостанция снабжена четвертым узкополосным фильтром, вторым, третьим и четвертым сумматорами, двумя полосовыми фильтрами и тремя фазоинвенторами, причем к выходу дуплексера последовательно подключены четвертый узкополосный фильтр, первый фазоинвертор, второй сумматор, второй вход которого соединен с выходом дуплексера, первый полосовой фильтр, второй фазоинвертор, третий сумматор, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, второй полосовой фильтр, третий фазоинвертор и четвертый сумматор, второй вход которого соединен с выходом третьего сумматора, а выход подключен к второму входу перемножителя, первого и второго смесителей.

Структурная схема бортового оборудования транспортного средства 1 представлена на фиг.1. Структурная схема оборудования пункта управления 7 представлена на фиг.2. Структурная схема радиостанции пункта управления 7 (транспортного средства 1) представлена на фиг.3. Частотные диаграммы, поясняющие процесс образования дополнительных каналов приема, изображены на фиг.4-7. Временные диаграммы, поясняющие принцип синхронного детектирования фазоманипулированного (ФМн) сигнала, показаны на фиг.8.

Бортовое оборудование, размещаемое на транспортном средстве 1, включает в себя комплект 2 датчиков (2.1 - датчик координатной информации, 2.2 - датчик характера груза, 2.3 - сигнальные датчики), подключенных к абонентскому устройству кодирования 3, которое связано с устройством 4 регистрации и радиостанцией 5 с приемно-передающей антенной 6.

Оборудование, размещаемое на пункте управления 7, включает в себя последовательно связанные между собой приемно-передающую антенну 8, радиостанцию 9, первый процессор 10 и рабочее место эколога 13. К выходу первого процессора 10 последовательно подключены блок 11 сравнения, кодирующее устройство 12, рабочее место эколога 13 и второй процессор 14, выход которого соединен со вторым входом блока 11 сравнения.

Радиостанция 9 на пункте управления 7 содержит последовательно включенные генератор 15 высокой частоты, фазовый манипулятор 16, второй вход которого соединен с выходом первого процессора 10, усилитель 17 мощности, дуплексер 18, вход-выход которого соединен с приемно-передающей антенной 8, четвертый узкополосный фильтр 41, первый фазоинвертор 42, второй сумматор 43, второй вход которого соединен с выходом дуплексера 18, первый полосовой фильтр 44, второй фазоинвертор 45, третий сумматор 46, второй вход которого соединен с выходом сумматора 43, второй полосовой фильтр 47, третий фазоинвертор 48, четвертый сумматор 49, второй вход которого соединен с выходом сумматора 46, первый смеситель 21, второй вход которого соединен с первым выходом гетеродина 19, первый усилитель 23 промежуточной частоты и первый сумматор 26. К второму выходу гетеродина 19 последовательно подключены первый фазовращатель 20 на 90°, второй смеситель 22, второй вход которого соединен с выходом сумматора 49, второй усилитель 24 промежуточной частоты, второй фазовращатель 25 на 90°, первый сумматор 26, перемножитель 27, второй вход которого соединен с выходом сумматора 49, первый узкополосный фильтр 28, амплитудный детектор 29, ключ, второй вход которого соединен с выходом сумматора 26, удвоитель 32 фазы, второй узкополосный фильтр 33, делитель 34 фазы на два, третий узкополосный фильтр 35, частотный детектор 36, триггер 37, балансный переключатель 38, второй вход которого соединен с выходом узкополосного фильтра 35, и фазовый детектор 39, второй вход которого соединен с выходом ключа 30, а выход является выходом демодулятора 40. При этом смесители 21 и 22, гетеродин 19, фазовращатель 20 и 25 на 90°, усилители 23 и 24 промежуточной частоты, сумматоры 26, 43, 46 и 49, перемножитель 27, узкополосные фильтры 28 и 41, амплитудный детектор 29, ключ 30, полосовые фильтры 44 и 47, фазоинверторы 42, 45 и 48 образуют универсальный преобразователь 31 частоты.

Узкополосные фильтры 33 и 35, удвоитель 32 фазы, делитель 34 фазы на два, частотный детектор 36, триггер 37, балансный переключатель 38 и фазовый детектор 39 образуют универсальный демодулятор 40 фазоманипулированных сигналов.

Радиостанция 5 на транспортном средстве содержит аналогичные блоки, за исключением того, что ко второму входу фазового манипулятора 16 подключается выход абонентского устройства 3 кодирования, а вход-выход дуплексера 18 соединяется с приемно-передающей антенной 6.

Предлагаемая система работает следующим образом.

Чувствительными элементами системы являются датчик 2.1 координатной информации, датчик 2.2 характера груза и сигнальные датчики 2.3, устанавливаемые на каждом транспортном средстве.

Датчик 2.1 координатной информации (навигационный датчик) является неотъемлемым элементом глобальной радионавигационной спутниковой системы ГЛОНАСС (РФ) или GPS (США), состоящих из группировок спутников (18-24) и управляемых из единых центров, выполняется съемным и выпускается промышленностью в стандартной упаковке (прибор SDS-221). С помощью указанной радионавигационной спутниковой системы обеспечивается определение координат местоположения (с точностью до 1 метра) и вектора скорости транспортного средства. Датчик каждую секунду передает информацию в абонентное устройство 3 кодирования.

Датчик характера груза - это прибор для чтения информации о грузе. Информация считывается с маркера груза. Маркером груза могут быть - штриховой код, перфораторный код и т.д. Информация о характере груза также передается в абонентское устройство 3 кодирования.

Сигнальные датчики - это контакты и кнопки, которые фиксируют, например, поднятие - опускание контейнера при погрузке, распечатывание опломбированного груза, открывание-закрывание дверей кабины, капота, топливного бака и т.д. на транспортном средстве.

При выезде транспортного средства на линию водителю вместе с путевым листом под расписку выдается датчик 2.1 координатной информации, который выставляется в заранее оборудованное в транспортном средстве место. После включения датчика происходит его автоматическая инициализация и он связывается с данным транспортным средством. Эта связь осуществляется передачей особого параметра - бортового номера, однозначно определяющего данный автомобиль. После того, как автомобиль отправился на линию, система автоматически осуществляет запись в файл базы данных его координаты на местности. Период обновления информации в файле базы данных равен установленному в датчике периоду передачи сигнала. Оператор - эколог может выбрать для просмотра то или иное транспортное средство, ориентируясь на гаражный номер или другие характеристики транспортного средства. После выбора транспортного средства на экране компьютера рабочего места эколога 13 появляется карта местности с привязанным к ней пройденным маршрутом транспортным средством в виде линии. Возможно изменение масштаба карты экологом для детализации маршрута транспортного средства. Если поместить курсор мыши на линию маршрута, то на экране появляются текущие на тот момент времени координатная информация, общий километраж, количество топлива в баке, скорость транспортного средства и т.д.

Устройство 3 кодирования получает данные состояния (показания) датчиков 2.1, 2.2 и 2.3, кодированные сообщения передаются на хранение в устройство 4 регистрации. С заданным периодом времени Т процессор 10 с пульта управления 7 через радиостанцию 9 дает сообщение - запрос в адрес очередного по порядку последовательного опроса транспортного средства на выдачу массива данных, накопленных в устройстве 4 регистрации. Указанный массив с помощью фазоманипулированного (ФМн) сигнала

где φ_k1={0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t), причем φ_k1(t)=Const при k·τ_э<t<(k+1)·τ_э и может изменяться скачком при t=k·τ_э, т.е. на границах между элементарными посылками (k=1, 2, ..., N-1);

τ_э, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью T₁ (T₁=N·τ_э),

поступает в приемно-передающую антенну 6 и излучается в эфир, а затем принимается приемно-передающей антенной 8 и через дуплексер 18 поступает на вход универсального преобразователя 31 частоты.

В преобразователе 31 частоты одно и то же значение промежуточной частоты ω_пр может быть получено в результате приема сигналов на двух частотах ω₁ и ω₃ (фиг.4), т.е.

и

.

Следовательно, если частоту настройки ω₁ принять за основной канал приема, то наряду с ним будет иметь место зеркальный канал приема, частота ω_з1 которого отличается от частоты ω₁ на 2ω_пр и расположена симметрично (зеркально) относительно частоты ω_г1 гетеродина 19. Преобразование по зеркальному каналу приема происходит с тем же коэффициентом преобразования К_пр, что и по основному каналу. Поэтому он наиболее существенно влияет на избирательность и помехозащищенность радиостанции 9. Кроме зеркального существуют и другие дополнительные (комбинационные) каналы приема. В общем виде любой комбинационный канал приема имеет место при выполнении условия:

где ω_ki - частота i-го комбинационного канала приема;

m, n, i - целые положительные числа.

Наиболее вредными комбинационными каналами приема являются каналы, образующие при взаимодействии несущей частоты сигнала с гармониками частоты первого гетеродина малого порядка (второй, третьей и т.д.), так как чувствительность радиостанции по этим каналам близка к чувствительности основного канала. Так, два комбинационных канала при m=1 и n=2 соответствуют частотам (фиг.4):

и

где 2ω_г1 - вторая гармоника частоты гетеродина.

Если частота помехи ω_п близка или равна промежуточной частоте ω_пр (ω_п=ω_пр), то образуется канал прямого прохождения. Для данной помехи элементы преобразователя частоты играют роль простых передаточных звеньев.

Если два мощных сигнала (помехи) на частотах ω₁ и ω₂ или несколько мощных сигналов (помех) появляются одновременно в полосе частот Δω_п1 "слева" от полосы пропускания Δω_п приемника (фиг.6) или два мощных ложных сигнала (помехи) на частотах ω₃ и ω₄ или несколько мощных сигналов (помех) появляются одновременно в полосе частот Δω_п2 "справа" от полосы пропускания Δω_п приемника (фиг.7), то образуются интермодуляционные каналы приема.

Наличие ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному, комбинационным, интермодуляционным каналам и каналу прямого прохождения, приводит к снижению избирательности и помехоустойчивости радиостанции.

Для устранения этого недостатка в радиостанции 9 (5) используется универсальный преобразователь 31 частоты, обеспечивающий подавление дополнительных каналов приема.

Принимаемый ФМн-сигнал U₁(t) с выхода дуплексера 18 через сумматоры 43, 46 и 49, у которых работает только одно плечо, поступает на первые входы смесителей 21 и 22, на вторые входы которых подается напряжение гетеродина 19 непосредственно и через фазовращатель 20 на 90°:

На выходе смесителей 21 и 22 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 23 и 24 выделяются напряжения промежуточной частоты:

где υ_пр1=1/2K₁·υ₁·υ_г1;

K₁ - коэффициент передачи смесителей;

- промежуточная частота;

.

Напряжение U_пр1(t) поступает на первый вход сумматора 26. Напряжение U_пр2(t) с выхода усилителя 24 промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 25 на 90°, на выходе которого образуется напряжение

U_пр3(t)=υ_пр1·Cos[ω_прt+φ_k1(t)+φ_пр1-90°+90°]=

=υ_пр1·Cos[ω_прt+φ_k1(t)+φ_пр1], 0≤t≤T₁,

которое подается на второй вход сумматора 26. На выходе последнего образуется суммарное напряжение

где υ_∑1=2υ_пр1;

которое поступает на второй вход перемножителя 27, на первый вход которого подается принимаемый ФМн-сигнал U₁(t). Из полученного напряжения узкополосным фильтром 28, частота настройки ω_н1 которого выбирается равным ω_г1 (ω_н1=ω_г1), выделяется гармоническое колебание

где υ₂=1/2K₂·υ₁·υ_∑1;

K₂ - коэффициент передачи перемножителя;

которое после детектирования в амплитудном детекторе 29 поступает на управляющий вход ключа 30 и открывает его. При этом напряжение U_∑1(t) с выхода сумматора 26 через открытый ключ 30 поступает в демодулятор 40 для дальнейшей обработки.

Описанная выше работа универсального преобразователя 31 частоты соответствует случаю приема полезного ФМн-сигнала по основному каналу на частоте ω₁.

Если ложный сигнал (помеха) принимается по зеркальному каналу на частоте ω_з1 (фиг.4)

то усилителями 23 и 24 выделяются следующие напряжения:

где

- промежуточная частота;

Напряжение U_пр5(t) с выхода усилителя 24 промежуточной частоты поступает на вход фазовращателят 25 на 90°, на выходе которого образуется напряжение

Напряжение U_пр4(t) и U_пр6(t), поступающие на два входа сумматора 26, на его выходе компенсируются.

Следовательно, ложный сигнал (помеха), принимаемый по зеркальному каналу на частоте ω_з1, подавляется. Для этого используется внешнее кольцо преобразователя 31 частоты, состоящее из гетеродина 19, фазовращателей 20 и 25 на 90°, смесителей 21 и 22, усилителей 23 и 24 промежуточной частоты и сумматора и реализующее фазокомпенсационный метод.

По аналогичной причине подавляется фазокомпенсационным методом и ложный сигнал (помеха), принимаемый по первому комбинационному каналу на частоте ω_k1.

Если ложный сигнал (помеха) принимается по второму комбинационному каналу на частоте ω_k2

то усилителями 23 и 24 выделяются следующие напряжения:

где

- промежуточная частота;

.

Напряжение U_пр7(t) поступает на первый вход сумматора 26. Напряжение U_пр8(t) поступает на вход фазовращателя 25 на 90°, на выходе которого образуется напряжение

U_пр9(t)=υ_пр3·Cos[ω_прt+φ_пр3-90°+90°]=

=υ_пр3·Cos[ω_прt+φ_пр3], 0≤t≤T_k2,

которое поступает на второй вход сумматора 26. На выходе последнего образуется суммарное напряжение

которое поступает на второй вход перемножителя 27, на первый вход которого подается принимаемый ложный сигнал (помеха) U_k2(t). На выходе последнего образуется гармоническое колебание

где υ₃=1/2К₂·υ_k2·υ_∑2;

которое не попадает в полосу пропускания узкополосного фильтра 28. Ключ 30 не открывается и ложный сигнал (помеха), принимаемый по второму комбинационному каналу на частоте υ_k2, подавляется.

По аналогичной причине подавляются и ложные сигналы (помехи), принимаемые по другим комбинационным каналам. При этом используется внутреннее кольцо, состоящее из перемножителя 27, узкополосного фильтра 28, амплитудного детектора 29, ключа 30 и реализиющее метод узкополосной фильтрации.

Если ложный сигнал (помеха) принимается по каналу прямого прохождения на частоте ω_з1, равной промежуточной частоте ω_пр (ω_п=ω_пр),

то с выхода дуплексера 28 он поступает на первый вход сумматора 43, выделяется узкополосным фильтром 41, настроенным на промежуточную частоту (ω_н2=ω_пр), и инвертируется по фазе на 180° в фазоинверторе 42

Напряжения U_u(t) и U_п'(t), поступающие на два входа сумматора 43, на его выходе компенсируются.

Следовательно, ложный сигнал (помеха), принимаемый по каналу прямого прохождения на частоте ω_пр, подавляется фильтром-пробкой, состоящим из узкополосного фильтра 41, фазоинвертора 42, сумматора 43 и реализующим фазокомпенсационный метод.

Частота настройки ω_н3 и полоса пропускания Δω_п1 полосового фильтра 44 выбраны равными (фиг.6):

Частота настройки ω_нu и полоса пропускания Δω_п2 полосового фильтра 47 выбраны равными (фиг.7):

Если два мощных ложных сигнала (помехи) на частотах ω₁ и ω₂ (фиг.6) или несколько мощных сигналов (помех) появляются одновременно в полосе частот Δω_п1 "слева" от полосы пропускания Δω_п приемника, способные образовать интермодуляционные помехи, то они поступают на первый вход сумматора 46, выделяются полосовым фильтром 44, инвертируются по фазе на 180° фазоинвертором 45 и компенсируются в сумматоре 46.

Следовательно, ложные сигналы (помехи), принимаемые в полосе частот Δω_п1 и образующие интермодуляционные помехи, подавляются фильтром - пробкой, состоящим из полосового фильтра 44, фазоинвертора 45, сумматора 46 и реализующим фазокомпенсационный метод.

Если два мощных ложных сигнала (помехи) на частотах ω₃ и ω₄ (фиг.7) или несколько мощных сигналов (помех) появляются одновременно в полосе частот "справа" от полосы пропускания Δω_п приемника, способные образовать интермодуляционные помехи, то они поступают на первый вход сумматора 49, выделяются полосовым фильтром 47, инвертируются по фазе на 180° в фазоинверторе 48 и компенсируются в сумматоре 49.

Следовательно, ложные сигналы (помехи), принимаемые в полосе частот Δω_п2 и образующие интермодуляционные помехи, подавляются фильтром-пробкой, состоящим из полосового фильтра 47, фазоинвертора 48, сумматора 49 и реализующим фазокомпенсационный метод.

В предлагаемом демодуляторе 40 реализован метод стабилизации начальной фазы опорного напряжения, выделяемого непосредственно из принимаемого ФМн-сигнала. Для этого часть напряжения с выхода узкополосного фильтра 35 подается на вход частотного детектора 36, который предназначен для обнаружения момента возникновения "обратной работы" второго типа. При скачкообразном изменении начальной фазы опорного напряжения на +180° в момент времени, например t₁ (фиг.8г), на выходе частотного детектора 36 появляются положительный короткий импульс, а при скачке фазы на -180° в момент времени, например, t₂ (возвращение начальной фазы опорного напряжения в первоначальное состояние) - отрицательный короткий импульс (фиг.8е). Знакочередующие короткие импульсы с выхода частотного детектора 36 управляют работой триггера 37, выходное напряжение которого, в свою очередь, управляет работой двойного балансного переключателя 38.

В устойчивом состоянии, когда начальная фаза опорного напряжения совпадает, например, с нулевой фазой принимаемого ФМн-сигнала, на выходе триггера 37 образуется отрицательное напряжение (фиг.8ж) и балансный переключатель 38 находится в своем первоначальном положении, при котором опорное напряжение с выхода узкополосного фильтра поступает на опорный вход фазового детектора без изменения.

В предлагаемом универсальном демодуляторе 40 опорное напряжение выделяется непосредственно из принимаемого ФМн-сигнала. Для этого напряжение U_∑1(t) (фиг.8б) с выхода сумматора 26 через открытый ключ 30 поступает на информационный вход фазового детектора 39 и на вход удвоителя 32 фазы. Так как 2φ_k1(t)={0, 2π}, то в выходном напряжении удвоителя 32 фазы (фиг.8б)

манипуляция фазы уже отсутствует. Это напряжение выделяется узкополосным фильтром 33, частота настройки ω_н5 которого выбирается равной ω_н5=2ω_пр, а затем делится по фазе на два в делителе 34 фазы на два (фиг.8г):

Полученное гармоническое колебание выделяется узкополосным фильтром 35, частота настройки ω_н6 которого выбирается равной ω_пр (ω_н6=ω_пр), и может использоваться в качестве опорного напряжения.

Однако начальная фаза полученного колебания может иметь два устойчивых значения: φ_пр1 и φ_пр1+π. Это легко показать аналитически. Если произвести деление, аналогичное предыдущему, но предварительно добавив к аргументу угол 2π, что не изменяет исходного гармонического колебания, то после деления фазы на два получится колебание, сдвинутое по фазе на π:

Двузначность фазы полученного колебания вытекает из самого процесса деления фазы. Физически указанная двузначность начальной фазы объясняется неустойчивой работой делителя фазы (частоты).

Следовательно, указанному процессу выделения опорного напряжения из принимаемого ФМн-сигнала присуще явление "обратной работы", которое может быть двух типов.

Первый тип "обратной работы" обусловлен неопределенностью начальной фазы опорного напряжения, выделяемого непосредственно из принимаемого ФМн-сигнала. При равновероятных значениях переменной составляющей фазы сигналы φ₁=0 и φ₂=π отсутствует признак, который позволял бы "привязать" начальную фазу φ_пр1 опорного напряжения одной из фаз сигнала. Поэтому начальная фаза опорного напряжения всегда имеет два устойчивых состояния φ_пр1 (фиг.8з) и φ_пр1+π (фиг.8к).

Следовательно, можно выделить из принимаемого ФМн-сигнала либо исходную модулирующую функцию M₁(t) (фиг.8и), либо инверсную (обратную) модулирующую функцию M₂(t) (фиг.8л) в зависимости от того, как будут сфазированы входной сигнал и опорное напряжение (фиг.8з, к).

Однако, анализируя модулирующую функцию M(t) (фиг.8а), выделяемую из принимаемого ФМн-сигнала U_∑1(t) (фиг.8б) в прямом M₁(t) (фиг.8и) или обратном M₂(t) (фиг.8л) коде, можно достоверно определить ее параметры (закон фазовой манипуляции, длительность τ_э и количество N элементарных посылок). При этом не принципиально, в прямом или обратном коде анализируется модулирующая функция M(t) (фиг.8а). Необходимо, чтобы было обеспечено постоянство начальной фазы опорного напряжения в течение всего времени приема и анализа ФМн-сигнала. Поэтому в процессе когерентного приема и синхронного детектирования ФМн-сигналов нет необходимости раскрывать неопределенность начальной фазы опорного напряжения, которая является внутренним свойством данных сигналов.

Таким образом, первый тип "обратной работы" не снижает достоверности когерентного приема и синхронного детектирования принимаемого ФМн-сигнала.

Второй тип "обратной работы" обусловлен скачкообразными переходами начальной фазы опорного напряжения из одного состояния φ_пр1 в другое φ_пр1+π действием помех, кратковременного прекращения приема и других факторов. Эти переходы за время приема ФМн-сигнала могут происходить в случайные моменты времени, например t₁ и t₂ (фиг.8г). При этом на выходе фазового детектора 39 выделяется искаженная модулирующая функция M_и(t) (фиг.8д). Данный тип "обратной работы" является весьма вредным в технике когерентного приема и синхронного детектирования ФМн-сигналов. Именно из-за этого типа "обратной работы" классическая фазовая манипуляция долгое время не находила широкого применения несмотря на ряд своих преимуществ.

В настоящее время существует несколько методов устранения "обратной работы" второго типа. Можно применять, например, специальные испытательные посылки для подтверждения правильности установки начальной фазы в приемнике (Петрович Н.Т., Размахнин М.К. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Сов. радио, 1969), можно также использовать специальные коды, обнаруживающие и исправляющие ошибки, вызванные "обратной работой" второго типа (Хоменюк Ю.В. Об устранении "обратной работы" в когерентном приемнике сигналов, манипулированных по фазе. - Радиоэлектроника, №6, 1966).

Однако указанные методы связаны с введением в сигнал некоторой избыточности, снижающей эффективность использования фазовой манипуляции.

При скачкообразном изменении начальной фазы опорного напряжения на +180°, обусловленном, например, неустойчивой работой делителя 34 фазы на два под действием помех, триггер 37 положительным коротким импульсом с выхода частотного детектора 36 (фиг.8е) переводится в другое устойчивое состояние. При этом выходное напряжение триггера 37 в момент времени t₁ становится и остается положительным до очередного скачка начальной фазы в момент времени t₂, который возвращает начальную фазу опорного напряжения в первоначальное состояние (фиг.8ж).

Положительное выходное напряжение триггера 37 переводит балансный переключатель 38 в другое устойчивое состояние, при котором опорное напряжение с выхода узкополосного фильтра 35 поступает на опорный вход фазового детектора 39 с изменением начальной фазы на -180°. Это позволяет устранить нестабильность начальной фазы опорного напряжения, вызванную скачкообразным ее изменением под действием помех, и связанную с ней "обратную работу" второго типа.

Следовательно, частотный детектор 36 обеспечивает обнаружение момента возникновения "обратной работы" второго типа, а триггер 37 и двойной балансный переключатель 38 устраняют ее. При этом на выходе фазового детектора 39 образуется низкочастотное напряжение

где υ_н=1/2К₃·υ_∑1 ²,

К₃ - коэффициент передачи фазового детектора;

которое является аналогом модулирующей функции M(t).

Указанное напряжение поступает в процессор 10, который осуществляет разделение модулирующей функции (кодограммы) на отдельные блоки данных по признакам:

- номер транспортного средства;

- данные географических координат транспортного средства;

- данные наличия груза на нем;

- данные скорости движения;

- наличие аварийных сигналов

и передает их в блок 11 сравнения, куда поступает также заданные и рассчитанные с помощью процессора 14 данные. Результаты сравнения кодируются кодирующим устройством 12 в соответствующее сообщение, которое поступает на рабочее место эколога 13:

- транспортное средство находится на разрешенном (запрещенном) маршруте (участке) движения;

- складирование груза произведено на разрешенном (не разрешенном) участке (где можно) контролируемой территории;

- скорость движения транспортного средства соответствует (не соответствует) заданной на данном участке маршрута;

- показание датчика экологического аварийного сигнала в норме или поступил сигнал "Тревога".

Разрешенный маршрут движения выбирается процессором 14 на основе данных о начальном и конечном пунктах движения транспортного средства и выдается в форме маршрутного путевого листа водителю. Эти же данные через процессор 10 поступают в блок 11 сравнения.

С заданным периодом времени Т процессор 10 с пункта управления 7 через радиостанцию 9 по радиоканалу передает сообщение - запрос в адрес очередного по порядку последовательного опроса транспортного средства 1 на выдачу массива данных, накопленных в устройстве 4 регистрации, представляющем собой накопитель на гибком магнитном диске для записи.

С этой целью гармоническое колебание (фиг.5)

с выхода генератора 15 высокой частоты поступает на первый вход фазового манипулятора 16, на второй вход которого поступают из процессора 10 модулирующие коды, представляющие собой адреса опрашиваемых транспортных средств. На выходе фазового манипулятора 16 образуется ФМн-сигнал

который после усиления в усилителе 17 мощности через дуплексер 18 излучается приемно-передающей антенной 8 в эфир, принимается приемно-передающей антенной 6 и через соответствующие блоки воздействует на устройство 4 регистрации для выдачи массива накопленных данных.

Структура радиостанции 5 транспортного средства 1 аналогична структуре радиостанции 9 пункта управления 7. Указанные радиостанции связаны радиоканалом, который реализует дуплексный метод радиосвязи с использованием двух частот ω₁ и ω₂. Причем радиостанция 5 транспортного средства 1 на передачу работает на частоте ω₁, а на прием - на частоте ω₂. Радиостанция 9 пункта управления 7 наоборот. Передача осуществляется на частоте ω₂; а прием - на частоте ω₁. На указанных частотах формируются сложные ФМн-сигналы, которые позволяют применять новый вид селекции - структурную селекцию. Это значит, что появляется новая возможность разделять сигналы, действующие в одни и те же промежутки времени. Принципиально можно отказаться от традиционного метода разделения рабочих частот используемого диапазона между работающими радиостанциями транспортных средств и селекции на приемной стороне с помощью частотных фильтров. Его можно заменить новым методом, основанным на одновременной работе каждой радиостанции на указанных частотах сигналами со сложной структурой с выделением приемным устройством сигнала необходимой радиостанции посредством его структурной селекции. Интересной особенностью радиоканала, использующего ФМн-сигнала являются его адаптивные свойства: с уменьшением числа работающих радиостанций транспортных средств помехоустойчивость автоматически возрастает.

С точки зрения обнаружения сложных ФМн-сигналы обладают высокой энергетической и структурной скрытностью.

Энергетическая скрытность данных сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени или по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого ФМн-сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами. Причем энергия ФМн-сигнала отнюдь не мала, она просто распределена по частотно-временной области так, что в каждой точке этой области мощность сигнала меньше мощности шумов.

Структурная скрытность ФМн-сигналов обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменения значений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку ФМн-сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемника.

Оператор-эколог рабочего места 13 по мере поступления данных с транспортных средств осуществляет контроль выполнения нормативных документов и при необходимости по каналам голосовой связи дает команду на транспортные средства по корректировке действий транспортных средств, а при поступлении сигналов "Тревога" дает голосовую команду мобильным группам реагирования о прибытии в конкретное место для ликвидации чрезвычайной ситуации.

Система обеспечивает повышение экологической безопасности жилых и промышленных объектов. Это достигается путем обеспечения безопасного и контролируемого вывоза экологически опасных отходов жизнедеятельности человека и промышленных отходов в места складирования и переработки, а также управления быстрым реагированием мобильными средствами на чрезвычайные ситуации для снижения возможного ущерба.

Данная система позволяет существенно улучшить качественные характеристики за счет введения следующих новых функциональных возможностей:

- расчет кратчайших безопасных маршрутов транспортировки экологически опасных грузов позволяет уменьшить длительность пути движения и расход энергоресурсов;

- контроль движения транспортного средства по разрешенному маршруту уменьшает степень опасности субъектам и объектам;

- выработка сигналов о несанкционированных разгрузках экологически опасных грузов в запрещенных местах складирования исключает создание экологически опасных несанкционированных свалок;

- выдача в центр контроля аварийных сигналов при транспортировке экологически опасного груза обеспечивает быструю ликвидацию последствий аварий.

Используя универсальные преобразователи частоты и демодуляторы, данная система позволяет повысить избирательность, помехоустойчивость и достоверность передачи дискретной информации по каналам дуплексной радиосвязи.

Таким образом, предлагаемая система по сравнению с прототипом обеспечивает повышение избирательности и помехоустойчивости приемников радиостанции. Это достигается путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по каналу прямого прохождения и интермодуляционным каналам.

Эффективность предлагаемой и базовой систем подтверждена совместным проектом ОАО "Автопарк №6 "Спецтранс" и ЗАО "Сателлит -СПб", который успешно прошел испытания и активно внедряется в практику санитарной уборки города Санкт-Петербург и Северо-Западного региона.

Claims (1)

1. Территориальная система контроля транспортировки экологически опасных грузов, содержащая на транспортном средстве датчик координатной информации, датчик характера груза и сигнальные датчики, подключенные к абонентскому устройству кодирования, которое связано с устройством регистрации и радиостанцией с приемно-передающей антенной, на пункте управления последовательно связанные радиостанцию с приемно-передающей антенной, первый процессор и рабочее место эколога, предназначенное для контроля поступающих данных, при этом к выходу первого процессора последовательно подключены блок сравнения, устройство кодирования, рабочее место эколога и второй процессор, выход которого соединен со вторым входом блока сравнения, радиостанции транспортного средства и пункта управления связаны между собой радиоканалом, каждая из указанных радиостанций содержит последовательно включенные генератор высокой частоты, фазовый манипулятор, усилитель мощности и дуплексер, вход-выход которого соединен с приемно-передающей антенной, последовательно включенные гетеродин, первый смеситель, первый усилитель промежуточной частоты и первый сумматор, последовательно подключенные к второму выходу гетеродина первый фазовращатель на 90°, второй смеситель, второй усилитель промежуточной частоты, второй фазовращатель на 90°, первый сумматор, перемножитель, первый узкополосный фильтр, амплитудный детектор, ключ, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, удвоитель фазы, второй узкополосный фильтр, делитель фазы на два, третий узкополосный фильтр, частотный детектор, триггер, балансный переключатель, второй вход которого соединен с выходом третьего узкополосного фильтра, и фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом ключа, а выход является выходом радиостанции, при этом второй вход фазового манипулятора радиостанции пункта управления соединен с выходом первого процессора, а второй вход фазового манипулятора радиостанции транспортного средства соединен с выходом абонентского устройства кодирования, отличающаяся тем, что каждая радиостанция снабжена четвертым узкополосным фильтром, вторым, третьим и четвертым сумматорами, двумя полосовыми фильтрами и тремя фазоинверторами, причем к выходу дуплексера последовательно подключены четвертый узкополосный фильтр, первый фазоинвертор, второй сумматор, второй вход которого соединен с выходом дуплексера, первый полосовой фильтр, второй фазоинвертор, третий сумматор, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, второй полосовой фильтр, третий фазоинвертор и четвертый сумматор, второй вход которого соединен с выходом третьего сумматора, а выход подключен ко вторым входам перемножителя, первого и второго смесителей.

Images