RU2414004C1 - Территориальная система контроля транспортировки экологически опасных грузов - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к технике контроля и тревожной сигнализации, и может быть использовано для оперативного контроля и управления транспортировкой экологически опасных грузов, промышленных и бытовых отходов в места складирования и переработки. Система содержит предназначенные для транспортировки транспортные средства, пункт управления и транспондеры. Оборудование, размещенное на каждом транспортном средстве, содержит датчик координатной информации, сигнальные датчики, датчик характера груза, датчик расхода топлива, датчик скорости, датчик пройденного пути, датчик давления, датчик положения кузова, логический элемент И, абонентское устройство кодирования, устройство регистрации, радиостанцию, приемопередающую антенну и считыватель. Оборудование, размещенное на пункте управления, содержит приемопередающую антенну, радиостанцию, первый и второй 14 процессоры, блок сравнения, устройство кодирования и рабочее место эколога. Каждая радиостанция содержит генератор высокой частоты, фазовый манипулятор, усилитель мощности, дуплексер, первый гетеродин, первый фазовращатель на 90°, первый смеситель, второй смеситель, первый усилитель первой промежуточной частоты, второй фазовращатель на 90°, сумматор, первый и второй перемножители, узкополосный фильтр, амплитудный детектор, ключ, универсальный преобразователь частоты, второй гетеродин, третий смеситель, усилитель второй промежуточной частоты, полосовой фильтр и фазовый детектор. Считыватель содержит задающий генератор, усилитель мощности, дуплексер, усилитель высокой частоты, фазовый детектор, блок памяти, блок сравнения кодов и исполнительный блок. Транспондер содержит микрополосковую приемопередающую антенну, пьезокристалл, электроды, шины, отражатели. Изобретение позволяет расширить функциональные возможности системы за счет измерения скорости, пройденного пути, расхода топлива и количества подъема кузова с грузом транспортного средства, а также предотвращения несанкционированного доступа посторонних лиц к основным агрегатам и блокам транспортного средства. 6 ил.

Description

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

Известны системы контроля транспортировки экологически опасных грузов (авторские свидетельства СССР №№966714, 1363126, 1730648, 1755310, 1764070; патенты РФ №№2032220, 2053561, 2058592, 2173889, 2271038, 2312399; патенты США №№3636560, 3713125, 4023163, 4742338, 4751499; патенты Германии №№2536949, 2616603, 2700690; патент Великобритании №1267440; патенты Франции №№2199151, 2415840 и другие).

Из известных систем наиболее близкой к предлагаемой является «Территориальная система контроля транспортировки экологически опасных грузов» (патент РФ №2312399, G08B 25/10, 2006), которая и выбрана в качестве базового объекта.

Указанная система обеспечивает повышение экологической безопасности жилых и промышленных объектов путем безопасного и контролируемого вывоза экологически опасных отходов жизнедеятельности человека и промышленных отходов в места складирования и переработки. Известная система также обеспечивает повышение избирательности, помехоустойчивости и достоверности обмена дискретной информации между пунктом управления и специальными транспортными средствами. Это достигается подавлением ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам, и реализацией дуплексного метода радиосвязи с использованием двух частот w₁, w₂ и сложных сигналов с фазовой манипуляцией. Причем радиостанция, размещенная на пункте управления, излучает сложные Фм_н - сигналы на частоте w₁, а принимает на частоте w₂. А радиостанции, размещенные на специальных транспортных средствах, наоборот, излучают сложные Фм_н - сигналы на частоте w₂, а принимают на частоте w₁.

Однако известная система не обеспечивает возможности для контроля таких важных параметров специальных транспортных средств, как скорость, пройденный путь, расход топлива, а также не предотвращает несанкционированного доступа посторонних лиц к отдельным агрегатам и блокам специальных транспортных средств.

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей системы путем измерения скорости, пройденного пути, расхода топлива и количество подъема кузова с грузом специального транспортного средства, а также предотвращения несанкционированного доступа посторонних лиц к основным агрегатам и блокам специального транспортного средства.

Поставленная задача решается тем, что территориальная система контроля транспортировки экологически опасных грузов, содержащая, в соответствии с ближайшим аналогом, на каждом специальном транспортном средстве последовательно связанные радиостанцию, абонентское устройство кодирования и устройство регистрации, а также датчик координатной информации, датчик характера груза и сигнальные датчики, подключенные к абонентскому устройству кодирования, на пункте управления - последовательно связанные радиостанцию, первый процессор и рабочее место эколога, к выходу первого процессора последовательно подключены блок сравнения, устройство кодирования, рабочее место эколога и второй процессор, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения, при этом радиостанции специальных транспортных средств и пункта управления связаны между собой радиоканалами, каждая радиостанция содержит последовательно включенные генератор высокой частоты, фазовый манипулятор, третий смеситель, второй выход которого соединен с выходом второго генератора, усилитель второй промежуточной частоты, усилитель мощности, дуплексер, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, первый смеситель, второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина, первый усилитель первой промежуточной частоты, сумматор, первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом дуплексера, узкополосный фильтр, амплитудный детектор, ключ, второй вход которого соединен с выходом сумматора, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго гетерадина, полосовой фильтр и фазовый детектор, второй вход которого соединен с вторым выходом первого гетеродина, последовательно подключенные к второму выходу первого гетеродина первый фазовращатель на 90°, второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом дуплексера, второй усилитель первой промежуточной частоты и второй фазовращатель на 90°, выход которого соединен с вторым входом сумматора, второй вход фазового манипулятора радиостанции, размещенной на пункте управления, соединен с первым процессором, а выход фазового детектора подключен к первому процессору, второй вход фазового манипулятора радиостанции, размещенной на каждом специальном транспортном средстве, соединен с абонентским устройством кодирования, а выход фазового детектора подключен к абонентскому устройству кодирования, частоты w_г1 и w_г2 гетеродинов разнесены на значения первой промежуточной частоты w_пр1:

w_г1-w_г2=w_пр1

радиостанция, размещенная на пункте управления, выполнена с возможностью излучения сложных сигналов с фазовой манипуляцией на частоте

w₁=w_г1=w_пр2,

где w_пр2 - вторая промежуточная частота, а приема на частоте

w₂=w_г2=w_пр3,

где w_пр3 - третья промежуточная частота, а радиостанция, размещенная на каждом специальном транспортном средстве, выполнена с возможностью излучения сложных сигналов с фазовой манипуляцией на частоте w₂, а приема на частоте w₁, отличается от ближайшего аналога тем, что она снабжена датчиком расхода топлива, датчиком скорости, датчиком пройденного пути, датчиком давления, датчиком положения кузова, логическим элементом И, считывателем и транспондером, причем датчики расхода топлива, скорости и пройденного пути подключены к абонентскому устройству кодирования, датчики давления и положения кузова через логический элемент И подключены к абонентскому устройству кодирования, сигнальные датчики через считыватель подключены к приемопередающей антенне, считыватель выполнен в виде последовательно подключенных к сигнальным датчикам задающего генератора, усилителя мощности, дуплексера, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, усилителя высокой частоты, фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора и блока сравнения кодов, второй вход которого соединен с выходом блока памяти, а выход подключен к исполнительному блоку, транспондер выполнен в виде пьезокристалла с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем, связанным с микрополосковой приемопередающей антенной, и набором отражателей, при этом встречно-штыревой преобразователь содержит две гребенчатые системы электродов, электроды каждый из гребенок соединены друг с другом шинами, связанными с микрополосковой приемопередающей антенной.

Структурная схема предлагаемой системы представлена фиг.1. Структурная схема радиостанции пункта управления представлена на фиг.2. Структурная схема радиостанции специального транспортного средства представлена на фиг.3. Частотная диаграмма, поясняющая преобразование сигналов по частоте, изображена на фиг.4. Структурная схема считывателя представлена на фиг.5. Функциональная схема транспондера показана на фиг.6.

Оборудование, размещенное на каждом специальном транспортном средстве 1i, содержит последовательно связанные радиостанцию 5.i, абонентское устройство 3.i кодирования и устройство регистрации 4.i (i=1, 2,…, n), а также датчик 2.1 координатной информации, сигнальные датчики 2.2, датчик 2.3 характера груза, датчик 2.4 расхода топлива, датчик 2.5 скорости и датчик 2.6 пройденного пути, подключенные к абонентскому устройству 3.i кодирования. Датчик 2.7 давления и датчик 2.8 положения кузова через логический элемент И 2.9 также подключены к абонентскому устройству 3.i кодирования. Сигнальные датчики 2.2, кроме того, подключены к считывателю 38.i, который вместе с радиостанцией 5.i связан с приемопередающей антенной 6.i (i=1, 2,…, n).

Оборудование, размещенное на пункте 7 управления, содержит последовательно связанные радиостанцию 9, первый процессор 10 и рабочее место 13 эколога, к выходу первого процессора 10 последовательно подключены блок 11 сравнения, устройство 12 кодирования, рабочее место 13 эколога и второй процессор 14, выход которого соединен с вторым входом блока 11 сравнения.

Пункт 7 управления связан со специальными транспортными средствами 1.i (i=1, 2,…, n) дуплексной радиосвязью с использованием двух частот w₁, w₂ и сложных сигналов с фазовой манипуляцией (Фм_н). Каждое специальное транспортное средство связано с транспондером 40.i (i=1, 2,…, n) радиоканалом на частоте w₃.

Каждая радиостанция 9 (5.1) содержит последовательно включенные генератор 15 (15.1) высокой частоты, фазовый манипулятор 16 (16.1), третий смеситель 33 (33.1), второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 32 (32.1), усилитель 34 (34.1) второй промежуточной частоты, усилитель 17 (17.1) мощности, дуплексер 18 (18.1), вход-выход которого связан с приемопередающей антенной 8 (6.1), первый смеситель 21 (21.1), второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина 19 (19.1), первый усилитель 23 (23.1) первой промежуточной частоты, сумматор 26 (26.1), первый перемножитель 27 (27.1), второй вход которого соединен с выходом дуплексера 18 (18.1), узкополосный фильтр 28 (28.1), амплитудный детектор 29 (29.1), ключ 30 (30.1), второй вход которого соединен с выходом сумматора 26 (26.1), второй перемножитель 35 (35.1), второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 32 (32.1), полосовой фильтр 36 (36.1) и фазовый детектор 37 (37.1), второй вход которой соединен с вторым выходом первого гетеродина 19 (19.1), последовательно подключенные к второму выходу первого гетеродина 19 (19.1) первый фазовращатель 20 (20.1) на 90°, второй смеситель 22 (22.1), второй вход которого соединен с выходом дуплексера 18 (18.1), второй усилитель 24 (24.1) первой промежуточной частоты и второй фазовращатель 25 (25.1) на 90°, выход которого соединен с вторым входом сумматор 26 (26.1). Причем второй вход фазового манипулятора 16 радиостанции 9, размещенной на пункте 7 управления, соединен с первым процессором 10, а выход фазового детектора 37 подключен к первому процессору 10, второй вход фазового манипулятора 16.1 радиостанции, размещенной на каждом специальном транспортном средстве, соединен с абонентским усилителем 3.1 кодирования, а выход фазового детектора 37.1 подключен к абонентскому устройству 3.1 кодирования.

Первый гетеродин 19 (19.1), фазовращатели 20 (20.1) и 25 (25.1) на 90°, смесители 21 (21.1) и 22 (22.1), усилители 23 (23.1) и 24 (24.1) первой промежуточной частоты, сумматор 26 (26.1), перемножитель 27 (27.1), узкополосный фильтр 28 (28.1), амплитудный детектор 29 (29.1) и ключ 30 (30.1) образуют универсальный преобразователь 31 (31.1) частоты.

Частоты w_г1 и w_г2 гетеродинов 19 (32.1) и 32 (19.1) разнесены на значения первой промежуточной частоты w_пр1:

w_г1-w_г2=w_пр1.

Радиостанция 9, размещенная на пункте 7 управления, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частоте

w₁=w_г1=w_пр2,

где w_пр2 - вторая промежуточная частота, а приема на частоте

w₂=w_г2=w_пр3,

где w_пр3 - третья промежуточная частота, а радиостанция 5.1, размещенная на специальном транспортном средстве, наоборот, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частоте w₂, а принимает на частоте w₁ (фиг.4).

Считыватель 38.1 содержит последовательно подключенные к сигнальным датчикам 2.2 задающий генератор 41.1, усилитель 42.1 мощности, дуплексер 43.1, выход-вход которого связан с приемопередающей антенной 6.1, усилитель 44.1 высокой частоты, фазовый детектор 45.1, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 41.1, и блока 47.1 сравнения кодов, второй вход которого соединен с выходом блок 46.1 памяти, а выход подключен к исполнительному блоку 48.1.

Транспондер 40.1 выполнен в виде пьезокристалла 49.1 с нанесением на его поверхность алюминевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем, связанным с микрополосковой приемопередающей антенной 39.1, и набором отражателей 52.1. Встречно-штыревой преобразователь (ВШП) поверхностных акустических волн (ПАВ) содержит две гребенчатые системы электродов 51.1, шины 50.1 и 50.2, которые соединяют электроды каждой из гребенок между собой. Шины, в свою очередь, связаны с микрополосковой приемопередающей антенной 39.1.

Предлагаемая система работает следующим образом.

Чувствительным элементом системы являются датчик 2.1 координатной информации, сигнальные датчики 2.2, датчик 2.3 характера груза, датчик 2.4 расхода топлива, датчик 2.5 скорости, датчик 2.6 пройденного пути, датчик 2.7 давления и датчик 2.8 положения кузова, устанавливаемые на каждом специальном транспортном средстве.

Датчик 2.1 координатной информации (навигационный датчик) является неотъемлемым элементом глобальной радионавигационной спутниковой системы «ГЛОНАСС» (РФ) или «НАВСТАР» (США), выполняется съемным и выпускается промышленностью в стандартной упаковке (прибор SDS-221). С помощью указанной радионавигационной системы обеспечивается определение координат местоположения (с точностью до 1 метра) и вектора скорости специального транспортного средства. Датчик каждую секунду в момент смены секунды единого времени передает информацию в абонентское устройство 3.1 кодирования.

Сигнальные датчики 2.2 - это контакты и кнопки, которые фиксируют, например, распечатывание опломбированного груза, открывание-закрывание дверей кабины, капота, топливного бака и т.д. на специальном транспортном средстве.

Датчик 2.3 характера груза - это прибор для информации о грузе, информация считывается с маркера груза. Маркером груза могут быть штриховой код, перфораторный код и т.д.

В настоящее время известно более 20 видов различных штриховых кодов, на широкое применение использования получили лишь несколько: универсальный код «UPC и EAN, кода 2 из 5 чередованием» и «Кодобар». Информация о характере груза также передается в абонентское устройство 3.1 кодирования.

При подъеме кузова с грузом давление в масляной магистрали подъема кузова увеличивается, датчик 27 давления выдает сигнал на логический элемент И 2.9. Последний выдает сигнал только тогда, когда на него поступит также сигнал от датчика 2.8 положения кузова, который выдает сигнал лишь при поднятом в верхнее положение кузове. При наличии двух сигналов от датчика 2.7 давления и датчика 2.8 положения кузова логический элемент И 2.9 выдает сигнал на соответствующий вход абонентского устройства 3.1 кодирования.

При движении специального транспортного средства сигналы от датчика 2.4 расхода топлива, датчика 2.5 скорости и датчика 2.6 пройденного пути в виде серии импульсов поступают в абонентское устройство 3.1 кодирования. Последнее формирует модулирующий код М₂ (t), в котором «защита» информация о номерном знаке специального транспортного средства, его координатах, расходе топлива, скорости, пройденном пути, количестве подъема кузова с грузом. Модулирующий код М₂(t) содержит n элементарных посылок длительностью τ_э. При этом первые n элементарных посылок несут в цифровом виде информацию о номерном знаке специального транспортного средства, m элементарных посылок сообщают о координатах специального транспортного средства, l элементарных посылок сообщают о расходе топлива, k элементарных посылок свидетельствуют о скорости и p элементарных посылок о пройденном пути специальным транспортным средством, z элементарных посылок отводятся количеству подъема кузова с грузом

(N=n+m+l+k+p+z).

При выезде специального транспортного средства на линию водителю вместе с путевым листом под расписку выдается датчик 2.1 координатной информации, который вставляется в заранее оборудованное в транспортном средстве место. При этом каждый водитель при себе должен иметь транспондер, который выполнен, например, в виде брелка, кольца или небольшого медальона.

После включения датчика 2.1 координатной информации 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 специальное транспортное средство, ориентируясь на гаражный номер или другие характеристики транспортного средства. После выбора специального транспортного средства на экране компьютера рабочего места эколога появляется карта местности с привязкой к ней пройденным маршрутом транспортным средством в виде линии. Возможно изменение масштаба карты экологом для детализации маршрута специального 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 специального транспортного средства и т.д.

Устройство 3.1 кодирования получает данные состояния (показания) датчиков 2.1-2.8, кодированные сообщения передаются на хранение в устройство 4.1 регистрации.

С заданным периодом времени T процессор 10 с пункта 7 управления через радиостанцию 9 дает сообщение - запрос в адрес очередного по порядку последовательного опроса специального транспортного средства на выдачу данных, накопленных в устройстве 4.1 регистрации.

Для этого генератором 15 высокой частоты формируется гармоническое колебание

u_c1(t)=U_c1·Cos(w_ct+φ_с1), 0≤t≤T_c,

которое поступает на первый вход фазового манипулятора 16, на второй вход которого подается модулирующий код M₁(t) с выхода первого процессора 10. Модулирующий код M₁(t) соответствует бортовому номеру запрашиваемого транспортного средства. На выходе фазового манипулятора 16 образуется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМ_н)

u₁(t)=U_c1·Cos[w_ct+φ_к1(t)+φ_c1], 0≤t≤T_c,

где φ_к1(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M₁(t), который поступает на первый вход третьего смесителя 33, на второй вход которого подается напряжение второго гетеродина 32

u_г2(t)=U_г2·Cos(w_г2t+φ_г2).

На выходе третьего смесителя 33 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 34 выделяется напряжение второй промежуточной (суммарной) частоты

u_пр2(t)=U_пр2·Cos[w_пр2t+φ_к1(t)+φ_пр2], 0≤t≤Т_с,

где U_пр2=1/2U_c1·U_г2;

w_пр2=w_с+w_г2=w₁ - вторая промежуточная (суммарная) частота (фиг.4);

φ_пр2=φ_с+φ_г2.

Это напряжение после усиления в усилители 17 мощности через дуплексер 18 поступает в приемопередающую антенну 8, излучается ею в эфир на частоте w_пр2=w₁ управляется приемопередающей антенной 6.1 специального транспортного средства и через дуплексер 18.1 поступает на вход универсального преобразователя 31.1 частоты. Указанный преобразователь обеспечивает подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по второму зеркальному каналу на частоте w_з2, по первому w_к1 и второму w_к2 комбинационным каналам. Причем для подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по второму зеркальному каналу на частоте w_з2, используется «внешнее кольцо», состоящее из гетеродина 19.1, фазовращателей 20.1 и 25.1 на 90°, смесителей 21.1 и 22.1, усилителей 23.1 и 24.1 первой промежуточной частоты, сумматора 26.1 и реализующее фазокомпенсационный метод. Для подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по первому и второму комбинационным каналам на частотах w_к1 и w_к2, используется «внутреннее кольцо», состоящее из перемножителя 27.1, узкополосного фильтра 28.1, амплитудного детектора 29.1, ключа 30.1 и реализующее метод узкополосной фильтрации.

На выходе сумматора 26.1 образуется суммарное напряжение

u_Σ1(t)=U_Σ1·Cos[w_пр1t+φ_к1(t)+φ_пр1], 0≤t≤T_c,

где w_пр1=w₁-w_г2 - первая промежуточная (разностная) частота;

которое через открытый ключ 30.1 поступает на первый вход второго перемножителя 35.1, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 32.1

u_г1(t)=U_г1·Cos(w_г1t+φ_г1).

На выходе перемножителя 35.1 образуется напряжение

u₂(t)=U₂·Cos[w_г2t-φ_к1(t)+φ_г2], 0≤t≤T_с,

где U₂=1/2U_Σ1·Uг₁;

w_г2=w_пр3=w_г1-w_пр1 - третья промежуточная частота;

которое выделяется полосовым фильтром 36.1 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 37.1, на второй (опорный) вход которого подается напряжение гетеродина 19.1

u_г2(t)=U_г2·Cos(w_г2t+φ_г2).

В результате синхронного детектирования на выходе фазового детектора 37.1 образуется низкочастотное напряжение

u_н1(t)=U_н1·Cosφ_к1(t),

где U_н1=1/2U₂·U_г2;

пропорционально модулирующему коду M₁(t). Это напряжение поступает в устройство 3.1 кодирования и, если оно соответствует бортовому номеру специального транспортного средства, запрашиваемого с пункта 7 управления, то массив данных, накопленных в устройстве 4.1 регистрации, в виде модулирующего кода M₂(t), поступает на второй вход фазового манипулятора 16.1. На первый вход указанного фазового манипулятора подается гармоническое колебание с выхода генератора 15.1 высокой частоты

u_c2(t)=U_c2·Cos(w_ct+φ_с2), 0≤t≤T_с.

На выходе фазового манипулятора 16.1 образуется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМ_н)

u₃(t)=U₂·Cos[w_ct+φ_к2(t)+φ_с1], 0≤t≤T_c,

где φ_к2(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M₂(t), который поступает на первый вход смесителя 33.1, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 32.1

u_г1(t)=U_г1·Cos(w_г1t+φ_г1).

На выходе смесителя 33.1 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 34.1 выделяется напряжение третьей промежуточной (разностной) частоты

u_пр3(t)=U_пр3·Cos[w_пр3t-φ_к2(t)+φ_пр3], 0≤t≤Т_c,

где U_пр3=1/2U_c2·U_г1;

w_пр3=w_г1-w_c - третья промежуточная (разностная) частота;

φ_пр3=φ_с1-φ_г1.

Это напряжение после усиления в усилители 17.1 мощности через дуплексер 18.1 поступает в приемопередающую антенну 6.1, излучается ею в эфир на частоте w₂=w_пр3, управляется приемопередающей антенной 8 пункта 7 управления и через дуплексер 18 поступает на вход универсального преобразователя 31 частоты. Указанный преобразователь обеспечивает подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по первому зеркальному каналу на частоте w_з1, по третьему w_к3 и четвертому w_к4 комбинационным каналам. Причем для подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по первому зеркальному каналу на частоте w_з1, используется «внешнее кольцо», состоящее из гетеродина 19, фазовращателей 20 и 25 на 90°, смесителей 21 и 22, усилителей 23 и 24 первой промежуточной частоты, сумматора 26 и реализующее фазокомпенсационный метод. Для подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по третьему и четвертому комбинационным каналам на частотах w_к3 и w_к4, используется «внутреннее кольцо», состоящее из перемножителя 27, узкополосного фильтра 28, амплитудного детектора 29, ключа 30 и реализующее метод узкополосной фильтрации.

На выходе сумматора 26 образуется суммарное напряжение

u_Σ2(t)=U_Σ2·Cos[w_пр1t-φ_к2(t)+φ_пр1], 0≤t≤Тс,

где w_пр1=w_г1-w₂ - первая промежуточная (разностная) частота;

которое через открытый ключ 30 поступает на первый вход перемножителя 35, на второй вход которого подается напряжение u_г1(t) гетеродина 19. На входе перемножителя 35 образуется напряжение

u₄(t)=U₄·Cos[w_г2t+φ_к2(t)+φ_г2], 0≤t≤T_c,

где U₄=1/2U_Σ2·U_г1;

которое выделяется полосовым фильтром 36 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 37, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 32

u_г2(t)=U_г2·Cos(w_г2t+φ_г2).

На выходе фазового детектора 37 образуется низкочастотное напряжение

U_н2(t)=U_н2·Cosφ_к2(t),

где U_н2=1/2U₄·U_г2;

пропорционально модулирующему коду M₂(t). Это напряжение поступает в первый процессор 10, который осуществляет разделение модулирующей функции M₂(t) (кодограммы) на отдельные блоки данных по следующим признакам:

- номер специального транспортного средства;

- данные географических координат специального транспортного средства;

- данные о расходе топлива;

- данные о наличии груза на нем;

- данные скорости движения;

- данные пройденного пути;

- данные количества подъема кузова с грузом;

- наличие аварийных сигналов.

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

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

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

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

- пройденный путь соответствует (не соответствует) заданному;

- расход топлива соответствует (не соответствует) расчетному значению;

- количество подъемов кузова с грузом соответствует (не соответствует) расчетному значению;

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

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

При санкционированном допуске на специальное транспортное средство и воздействии на его отдельные блоки и агрегаты, например открывание и закрывание дверей кабины, капота, топливного бака, контейнера и т.п. управляющим сигналом сигнальных датчиков 2.2 запускается задающий генератор 41.1 считывателя 38.1, который формирует гармоническое колебание

u₅(t)=U₅·Cos(w₃t+φ₃), 0≤t≤T₃,

которое через усилитель 42.1 мощности и дуплексер 43.1 поступает в приемопередающую антенну 6.1, излучается ею в эфир, улавливается приемопередающей микрополосковой антенной 39.1 транспордера 40.1.

Для развязки частот w₃ и w₁, w₂, исключения связи на гармониках соотношение указанных частот выбирается дробно-рациональным.

Гармоническое колебание u₅(t) преобразуется встречно-штыревым преобразователем (ВШП) в акустическую волну, которая распространяется по поверхности пьезокристалла 49.1, отражается от отражателей 52.1 и опять преобразуется в электромагнитный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн)

u₆(t)=U₆·Cos[w₃t+φ_к3(t)+φ₃], 0≤t≤T₃,

где φ_к3(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с топологией ВШП, имеет индивидуальный характер и является личным номером водителя данного специального транспортного средства.

Сформированный ФМн-сигнал u₆(t) излучается микрополосковой антенной 39.1 в эфир, улавливается приемопередающей антенной 6.1 и через дуплексер 43.1 и усилитель 44.1 высокой частоты поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 45.1, на второй (опорный) вход которого подается гармоническое колебание u₅(t) с выхода задающего генератора 41.1. В результате синхронного детектирования на выходе фазового детектора 45.1 образуется низкочастотное напряжение

U_н3(t)=и_н3·Соsφ_к3(t),

где U_н3=1/2U₆·U₅;

пропорциональное личному номеру водителя.

Это напряжение поступает на первый вход блока 47.1 сравнения кодов, на второй вход которого подается личный номер водителя в цифровом виде. При совпадении указанных кодов на выходе блока 47.1 сравнения кодов формируется управляющее напряжение, которое включает исполнительный блок 48.1. Последний срабатывает и обеспечивает открывание-закрывание дверей кабины, капота, топливного бака, контейнера и т.п.

Описанная ситуация соответствует случаю, когда водитель имеет при себе транспондер, выполненный, например в виде брелка. В этом случае все блоки и агрегаты специального транспортного средства доступны «своему» пользователю (водителю).

При несанкционированном доступе блокируются ригели запорных замков и исключается доступ в специальное транспортное средство и к его агрегатам и блокам, что предотвращает угон специального транспортного средства и кражу его агрегатов и блоков.

Подобная ситуация возникает, когда в зоне связи со считывателем 38.1 транспондер 40.1 отсутствует или присутствуют транспондеры «чужих» пользователей (водителей).

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 специальные транспортные средства по корректировке действий специальных транспортных средств, а при поступлении сигналов «Тревога» дает голосовую команду мобильным группам реагирования о прибытии в конкретное место для ликвидации чрезвычайной ситуации.

Дополнительно введенные в состав системы элементы и изменения структурной организации позволяют существенно улучшить качественные характеристики за счет введения следующих новых функциональных возможностей системы:

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

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

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

- контроль за расходом топлива приводят к экономии и исключает слив топлива «налево»;

- контроль за скоростью и пройденным расстоянием приводит к экономии энергоресурсов и исключает «левые» рейсы;

- контроль за контейнерами исключает перевозку «лишних» грузов;

- контроль за несанкционированным доступом к специальному транспортному средству, его агрегатам и блокам исключает их хищение и угон специального транспортного средства;

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

Кроме того, система обеспечивает повышение избирательности, помехоустойчивости и достоверности обмена дискретной информации между пунктом управления и специальным транспортным средством. Это достигается подавлением ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальным и комбинационным каналам, и реализацией дуплексного метода радиосвязи с использованием двух частот w₁, w₂ и сложных сигналов с фазовой манипуляцией. Причем радиостанция, размещенная на пункте управления, излучает сложные ФМн-сигналы на частоте w₁, а принимает на частоте w₂. А радиостанции, размещенные на специальных транспортных средствах, наоборот, излучают сложный ФМн-сигнал на частоте w₂, а принимают на частоте w₁. Частоты w₁ и w₂ разнесены на значения первой промежуточной частоты w_пр1:w₁-w₂=w_пр1.

Обмен дискретной информацией между пунктом управления и специальными транспортными средствами носит конфиденциальный характер. При этом защита конфиденциальной информации имеет три уровня: криптографический, энергетический и структурный.

Криптографический уровень обеспечивается специальными методами шифрования, кодирования и преобразования дискретной информации, в результате которых ее содержание становится недоступным без предотвращения ключа криптограммы и обратного преобразователя.

Энергетический и структурный уровень обеспечиваются применением сложных ФМн-сигналов, которые обладают 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 сложный сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами. Причем энергия сложного ФМн-сигнала отнюдь не мала, оно просто распределена по частотно-временной области так, что в каждой точке этой области мощность сигнала меньше мощности шумов.

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

Следовательно, указанные сигналы обеспечивают работу системы под помехами, повышают устойчивость к организованным помехам, обеспечивают передачу дискретной информации с малой скоростью в одном широкополосном канале с мощными сигналами, обеспечивают разделение сигналов по форме при их работе в общем участке диапазона частот и при наличии интенсивных флюктационных помех.

Таким образом, предлагаемая система по сравнению с базовым объектом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает измерение скорости, пройденного расстояния, расход топлива и количество подъема кузова с грузом специальным транспортным средством. Причем контроль за скорость и пройденным расстоянием приводит к экономии энергоресурсов и исключает «левые» рейсы. Контроль за расходом топлива также приводит к экономии и исключает слив топлива «налево». Контроль за контейнерами исключает перевозку «лишних» грузов.

Кроме того, предлагаемая система, предотвращает несанкционированный доступ к специальному транспортному средству, его агрегатам и блокам и тем самым исключает их хищение и угон специального транспортного средства. Это достигается использованием считывателя и транспондера. При этом считыватель устанавливается на специальном транспортном средстве и при воздействии на него и его агрегаты и блоки формирует гармоническое колебание на частоте w₃, которое облучает транспондер. Для развязки частоты w₃ и w₁, w₂, исключения связи на гармониках, соотношение указанных частот выбирается дробно-рациональным. Транспондер выполняется на поверхностно акустических волнах (ПАВ) в виде брелка, кольца или небольшого медальона и пользователю (водителю) не требуется совершать никаких действий для снятия и постановки специального транспортного средства на охрану. Он не затрудняет обычную жизнедеятельность пользователя (водителя).

Основной особенностью транспондера на ПАВ является малые габариты, большой срок службы, отсутствие источников питания и формирование сложных сигналов с фазовой манипуляцией при его облучении гармоническим колебанием. Указанный сигнал открывает новые возможности при взаимодействии считывателя с транспондером. Он позволяет применить новый вид селекции - структурную селекцию. Это значит, что появится новая возможность разделять сигналы, действующие в одной и той же полосе частот и в одни и те же промежутки времени.

Тем самым функциональные возможности известной системы расширены.

Claims (1)

1. Территориальная система контроля транспортировки экологически опасных грузов, содержащая на каждом транспортном средстве последовательно связанные радиостанцию, абонентское устройство кодирования и устройство регистрации, а также датчик координатной информации, датчик характера груза и сигнальные датчики, подключенные к абонентскому устройству кодирования, на пункте управления - последовательно связанные радиостанцию, первый процессор и рабочее место эколога, к выходу первого процессора последовательно подключены блок сравнения, устройство кодирования, рабочее место эколога и второй процессор, выход которого соединен с вторым входом блока сравнения, при этом радиостанции транспортных средств и пункта управления связаны между собой радиоканалами, каждая радиостанция содержит последовательно включенные генератор высокой частоты, фазовый манипулятор, третий смеситель, второй выход которого соединен с выходом второго гетеродина, усилитель второй промежуточной частоты, усилитель мощности, дуплексер, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, первый смеситель, второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина, первый усилитель первой промежуточной частоты, сумматор, первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом дуплексера, узкополосный фильтр, амплитудный детектор, ключ, второй вход которого соединен с выходом сумматора, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, полосовой фильтр и фазовый детектор, второй вход которого соединен с вторым выходом первого гетеродина, последовательно подключенные к второму выходу первого гетеродина первый фазовращатель на 90°, второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом дуплексера, второй усилитель первой промежуточной частоты и второй фазовращатель на 90°, выход которого соединен с вторым входом сумматора, второй вход фазового манипулятора радиостанции, размещенной на пункте управления, соединен с первым процессором, а выход фазового детектора подключен к первому процессору, второй вход фазового манипулятора радиостанции, размещенной на каждом транспортном средстве, соединен с абонентским устройством кодирования, а выход фазового детектора подключен к абонентскому устройству кодирования, частоты w_г1 и w_г2 гетеродинов разнесены на значения первой промежуточной частоты w_пр1:
   w_г1-w_г2=w_пр1,
   радиостанция, размещенная на пункте управления, выполнена с возможностью излучения сложных сигналов с фазовой манипуляцией на частоте
   w₁-w_г1=w_пр2,
   где w_пр2 - вторая промежуточная частота, а приема на частоте
   w₂-w_г2=w_пр3,
   где w_пр3 - третья промежуточная частота, а радиостанция, размещенная на каждом транспортном средстве, выполнена с возможностью излучения сложных сигналов с фазовой манипуляцией на частоте w₂, а приема на частоте w₁, отличающаяся тем, что она снабжена на каждом транспортном средстве датчиком расхода топлива, датчиком скорости, датчиком пройденного пути, датчиком давления, датчиком положения кузова, логическим элементом И, считывателем и транспондером, причем датчики расхода топлива, скорости и пройденного пути - подключены к абонентскому устройству кодирования, датчики давления и положения кузова через логический элемент И подключены к абонентскому устройству кодирования, сигнальные датчики через считыватель подключены к приемопередающей антенне, считыватель выполнен в виде последовательно подключенных к сигнальным датчикам задающего генератора, усилителя мощности, дуплексера, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, усилителя высокой частоты, фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, и блока сравнения кодов, второй вход которого соединен с выходом блока памяти, а выход подключен к исполнительному блоку, транспондер выполнен в виде пьезокристалла с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем, связанным с микрополосковой приемопередающей антенной, и набором отражателей, при этом встречно-штыревой преобразователь содержит две гребенчатые системы электродов, электроды каждый из гребенок соединены друг с другом шинами, связанными с микрополосковой приемопередающей антенной.

Images