RU2808862C1 - Локомотивная система определения скорости движения и пройденного пути - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к определению местоположения или опознавания подвижного состава. Локомотивная система определения скорости движения и пройденного пути содержит приемно-излучающие устройства, программируемый микропроцессор, блоки корреляционно-экстремальной обработки, датчики измерения угловых ускорений и составляющих вектора скорости подвижного состава, блок классификации спектра принятых сигналов и блок выбора режимов функционирования устройства. Каждое приемно-излучающее устройство включает в себя блок излучателя и блок приемника. Локомотивная система определения скорости движения и пройденного пути содержит «n» приемно-излучающих устройств, размещенных соответственно в «n» герметичных корпусах, установленных по обоим бортам локомотива и подвижного состава. При этом излучатели выполнены для функционирования в видимом диапазоне волн и в сине-зеленом диапазоне волн. Технический результат заключается в повышении надежности измерения скорости подвижного железнодорожного состава.

Description

Изобретение относится к области информационно-измерительной техники и предназначено для измерения параметров движения железнодорожных составов.

Известны локомотивные скоростемеры, предназначенные для измерения, регистрации и сигнализации параметров (скорость, время, расстояние и так далее) движения поезда (Венцевич Л.Е. Локомотивные скоростемеры и расшифровка скоростемерных диаграммных лент. М.: УМК МПС России. 2002. С. 272. ISBN 5-89035-052-8[1], Астрахан В.И., Зорин В.И., Кисельгоф Г.К. Унифицированное комплексное локомотивное устройство безопасности (КЛУБ-У). М.: УМЦ по образованию на железнодорожном транспорте. 2007. С. 272. ISBN 978-5-89035-465-5[2]).

Так, например, известный локомотивный скоростемер типа 3СЛ-2М предназначен для выполнения следующих функций: отображение скорости движения, суточного времени и пройденного пути регистрации скорости движения, времени движения и стоянок, пройденного пути, направления движения, давления воздуха в тормозной системе, огней локомотивного светофора, наличия напряжения питания на катушке ЭПК, состояния системы автоматического управления торможением (при наличии); сигнализации (для системы АЛСН) о достижении контролируемых скоростей.

Для регистрации параметров движения используется бумажная лента шириной 79,5 мм, покрытая сернокислым барием. На ленту типографским способом наносятся линии и цифры, используемые при расшифровке. Лента разделена на два поля - поле скорости (между нижними и средними километровыми наколами) и поле времени (между средними и верхними километровыми наколами). В каждом из этих полей нанесены линии, обозначающие минимальное, максимальное и промежуточные значения. На поле скорости регистрируется значение скорости, тормозного давления и направление движения, на поле времени - получасовые интервалы времени, часовые наколы, огни локомотивного светофора (желтый, красно-желтый, красный), питание катушки ЭПК, состояние САУТ.

Из-за конструктивных особенностей скоростемера только писец скорости и писец времени находятся на одной линии, остальные писцы сдвинуты относительно их линии вправо. Лентопротяжный механизм скоростемера приводится в движение от колесной пары локомотива через редуктор и валик привода прибора, выходящий из корпуса слева внизу. Три ряда игл на лентопротяжном валике предназначены для протягивания ленты, кроме того, наколы от них показывают пройденный путь. Расстояние между наколами 5,0 мм, что соответствует 1 км пройденного пути. Скорость протяжки ленты пропорциональна скорости движения локомотива. Лента наматывается на ведущую катушку, вращаемую от лентопротяжного валика через зубчатые колеса и фрикционное устройство, которое обеспечивает постоянное натяжение скоростемерной ленты. Пластина регистратора, выполненная из упругой латуни и хромированная, служит для фиксации положения ленты при давлении на нее пишущих узлов писцов. Кроме того, усилием, с которым эта пластина прижимается к игольчатому валику, обеспечивается постоянство длины протяжки ленты - на каждые 20 наколов - 100 мм. Это имеет важное значение при расшифровке показаний скоростемерной ленты, поскольку шаблоны расшифровки выполнены с соблюдением этого условия. Для ручной протяжки ленты при заправке в прибор игольчатый валик вращается вручную. Эту возможность обеспечивает храповой механизм, через который валик соединен с системой шестерен прибора.

Реверсивный механизм обеспечивает работу скоростемера вне зависимости от направления движения поезда. Он смонтирован на валике привода прибора и представляет собой две конических шестерни - одну выше, другую ниже конической шестерни собственно механизма и два встречно направленных храповых механизма, смонтированных каждый на своем фланце валика привода и сцепленных каждый со своей шестерней. Механизм измерения скорости приводится от одного вала с лентопротяжным механизмом, от него же подзаводится специальный часовой механизм (часовой ход) узла измерения скорости (к часам скоростемера отношения не имеет), звук работы которого хорошо слышен при движении. От часового хода с постоянной скоростью поворачивается вертикально установленный валик с продольными пазами, в пазах которого укреплены три стальных зубчатых сегмента, могущие свободно ходить в пазах. По цилиндрической поверхности сегментов прорезаны мелкие кольцевые канавки, в профиль похожие на треугольники. Сбоку к сегментам прижимается зубчатый ролик с такими же канавками, похожими на ответную часть резьбы. Ролик приводится во вращение от колесной пары через систему шестерен в скоростемере, и вращаясь, поднимает сегмент, с которым он находится в зацеплении. Получается что-то похожее на пару "шестеренка - зубчатая рейка". В каждый момент времени один из сегментов поднимается вращающимся роликом, второй зафиксирован в положении, до которого был поднят, специальным фиксирующим роликом, также имеющим резьбу и перекатывающимся по образованной тремя сегментами зубчатой цилиндрической поверхности, а третий, расцепившись, падает вниз, в исходное положение. Фиксирующий ролик позволяет стрелке указателя скорости устойчиво, без провалов вниз показывать текущую скорость движения.

Чем больше скорость - тем выше сегмент успевает подняться за время нахождения в зацеплении с колесом (пока вал не повернулся и не ввел зацепление с колесом следующий сегмент). Над сегментами стоит зубчатая рейка с шарикоподшипниками, приводящая стрелку скоростемера и писец скорости. Сегмент, вышедший из зацепления с колесом, под собственным весом и давлением шарикоподшипника падает вниз и цикл измерения скорости повторяется с другим сегментом.

Имеются исполнения скоростемера на максимальную скорость 150 км/ч и 220 км/ч, соответствующая градуировка наносится на скоростемерную ленту.

Направление движения регистрируется писцом, находящимся у линии нулевой скорости. При движении вперед он прочерчивает тонкую линию, при движении задним ходом этот писец через специальный рычаг в механизме прибора приводится реверсивным механизмом в движение и прочерчивает вертикальные линии у нулевой линии скорости. Поскольку это происходит часто, на скоростемерной ленте появляется одна толстая линия в районе между нулевой и линией 10 км/ч. Для отображения и регистрации времени используются специальные часы скоростемера, небольшой 24-часовой циферблат которых установлен на основном циферблате скорости, в течение получаса плавно поднимают минутный писец. По истечении 29-30й и 59-60й минуты писец времени падает прочерчивая вертикальную линию, и снова начинается запись следующего отрезка времени. По истечение 1 часа ± 1 минута дополнительно отмечается проколом ленты. Игла, делающая часовые проколы, поднимается до верхней точки за 24 часа. Завод часов и перевод стрелок осуществляются ключом, который виден справа вверху у застекленного полукруглого окошка циферблата в районе цифр 100-110 км/ч. Ключ всегда вращается по часовой стрелке. Для перевода часов необходимо немного вытянуть ключ из корпуса. После установки времени он возвращается назад под действием возвратной пружины. Полный завод обеспечивает ход в течение 36 часов.

Для записи параметров АЛСН используются четыре электромагнита с приводом к соответствующим писцам. Электромагниты возбуждаются и опускают писцы на 2- 2,8 мм при появлении на локомотивном светофоре желтого, красно-желтого, красного огня и возбуждении катушки ЭПК автостопа. При проверках бдительности, когда катушка ЭПК теряет питание и раздается свисток, писец поднимается до восстановления питания рукояткой бдительности и на ленте видна длительность проверки.

Для регистрации состояния системы САУТ скоростемеры оборудуются дополнительным пятым электромагнитом с писцом.

Также известны скоростемеры серии КПД-3, КПД - 3В, КПД 3П, КПД -3ПВ, КПД - 3ПА, КПД -3ПС, представляющие собой микропроцессорное контрольно-измерительное устройство для тягового подвижного состава, обеспечивающие более высокую точность измерений и достоверность при расшифровке поездной информации: погрешность 3СЛ2М до 12 км/ч; погрешность КПД-3 не более ±1 км/ч.

Регистрация скоростемерной информации в КПД-3 производится: на бумажную (пластиковую) ленту; в электронный съемный модуль памяти; в электронный блок регистрации информации защищенный, действующий как «черный ящик».

Расшифровка данных с модуля памяти после поездки проводится автоматически в специальной компьютерной программе ЭМ-Эксперт, которая подробно отображает данные о состоянии тормозной системы, сигналах светофора, скорости, времени и других параметрах поездки. Основной функцией скоростемера является измерение, индикация и регистрация скорости, пройденного пути, времени, тормозного давления и параметров АЛС.

Запись скоростемерной информации производится в электронный съемный модуль памяти для послерейсовой автоматизированной расшифровки.

Каждый следующий вид скоростемера серии КПД-3П дополняется новыми функциями.

Важную роль в своевременном срабатывании устройств безопасности играет точность измерения параметров движения (Марюхненко B.C. Информационный анализ навигационного обеспечения управляющих систем подвижных транспортных объектов: монография; - Иркутск: изд-во ИрГУПС, 2009. - 112 с. [3]), в частности, скорости железнодорожной единицы (B.C. Марюхненко, Мухопад Ю.Ф., Демьянов В.В., Миронов Б.М.. Информационное обеспечение подвижных транспортных средств на основе интегрированных навигационных систем: Монография; под ред. д-ра техн. наук, профессора B.C. Марюхненко. - Новосибирск: Наука, 2014. - 256 с. [4]). Между тем, одометрические измерители скорости, применяемые на современных локомотивах железных дорог РФ, имеют большую погрешность измерения (от 0,5 до 2,0 км/ч в зависимости от скорости движения в диапазоне от 0 до 80 км/ч), что препятствует и повышению точности соблюдения временного графика движения, и сокращению допусков на срабатывание устройств безопасности (Козюков А.И. Локомотивный скоростемер. Информационная система [Электронный ресурс] - Режим доступа: www.ielectro.ru[5]). Устройство КЛУБ-У. Руководство по эксплуатации. Часть первая. 36991-00-00 РЭ. - Ижевск: изд-во ИРЗ, 2014. - 264 c. [6]).

Кроме недостаточно высокой точности измерений известные скоростемеры имеют дополнительные составляющие погрешности измерений при неполном сцеплении колеса с рельсом (юз, буксование колес), зависимость погрешности измерения от износа бандажей колес (Правила технической эксплуатации железных дорог Российской федерации: утв. Приказом Минтранса России от 21.12.2010 г. N286. -М.: ООО «Трансинфо ЛТД». 2011. - 256 с. [7]).

Общей проблемой на ж/д транспорте является измерение малых скоростей движения с начала трогания с места и в самом конце движения, вплоть до остановки. Это объясняется тем, что для измерения скорости применяются механические датчики, которые обладают значительной погрешностью измерения, кроме того, при пробуксовке и юзе они не работоспособны.

Известны также автодинные радиолокаторы малого радиуса действия с частотной модуляцией, которые нашли широкое применение на ж/д транспорте в качестве измерителей параметров движения вагонов на сортировочных горках, локомотивов относительно полотна дороги, обнаружителей занятости стрелочных переводов и ж/д переездов, датчиков предупреждения столкновений и многое другое, (Носков В.Я. и др. «Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазона и их применение» ч. 9 «Радиолокационное применение автодинов. Успехи современной радиоэлектроники», 2016, №3, стр. 32-80 [9]).

Недостатком таких измерителей скорости является большая сложность выделения полезных сигналов на фоне радиопомех особенно в зоне действия станционного оборудования.

Известны также устройства, предназначенные для преобразования вращения колесной пары локомотивов в последовательности электрических импульсов по двум каналам, на основании которых маневровая автоматическая сигнализация формирует информацию о скорости, направлении движения и пройденного пути локомотива.

Так, например, известен датчик частоты вращения (авторское свидетельство SU №1689859, от 1989 г. [10]) состоящий из постоянного магнита, жестко закрепленного на вращающемся объекте, и чувствительного элемента, выполненного из композиционной керамики с электродами на торцах. Сигнал датчика принимается регистрирующим устройством. Однако известный датчик имеет сложную конструкцию, и точность его зависит от числа постоянных магнитов, закрепленных на вращающемся объекте.

Известен также импульсный датчик частоты вращения (патент на полезную модель RU №28254 U1 от 16.08.01 г., Бюллетень «Изобретения. Полезные модели» №7, 2003 г. [11]), содержащий модулятор, чувствительный элемент и два постоянных магнита, чувствительный элемент расположен между дисками модулятора с выполненными по их периметру отверстиями, при этом магнитная ось постоянных магнитов, расположенных с внешней стороны модулятора, центры отверстий и центр чувствительного элемента находятся на одном расстоянии от центра вращения модулятора.

Недостатком известного устройства является низкая точность измерения из-за недостаточной скорости вращения, обусловленной соосным расположением элементов модулятора, малый срок службы вследствие трения вращающихся деталей модулятора и большая масса.

Для повышении точности определения скорости и пройденного пути локомотива, увеличения срока службы и уменьшения массы известных устройств [10,11] предложено аналогичное устройство (патент на полезную модель RU №63937 U1, 10.06.2007 [12]), представляющее собой датчик импульсов локомотивный, который содержит установленный на валу модулятор, чувствительный элемент холла, установленный между перфорированными дисками модулятора и постоянные магниты, расположенные с внешней стороны модулятора, при этом магнитная ось постоянных магнитов, центры отверстий дисков и центр чувствительного элемента холла находятся на одном расстоянии от центра вращения модулятора. Датчик содержит полумуфту привода, установленную на входном валу, мультипликатор, выполненный по планетарной схеме, и расположенный в герметичном отсеке корпуса, заполненном жидкой смазкой. Корпус датчика выполнен из алюминиевого сплава.

Технический результат данной полезной модели достигается тем, что в датчик импульсов локомотивный, содержащий установленный на валу модулятор, чувствительный элемент холла, установленный между дисками модулятора и постоянные магниты, расположенные с внешней стороны модулятора, при этом магнитная ось постоянных магнитов, центры отверстий дисков и центр чувствительного холла находятся на одном расстоянии от центра вращения модулятора отличающийся тем, что содержит полумуфту привода, установленную на входном валу, мультипликатор, выполненный по планетарной схеме, и расположенный в герметичном отсеке корпуса, заполненном жидкой смазкой, для уменьшения массы изделия корпус датчика выполнен из алюминиевого сплава.

Применение датчика холла позволяет увеличить надежность системы. Однако при эксплуатации железнодорожных составов при нарушении поперечной устойчивости происходит занос подвижного состава. При этом начинают скользить колеса одного из мостов - переднего или заднего и выработка значений скорости прекращается, и соответственно не транслируются значения скорости в унифицированное комплексное локомотивное устройство безопасности.

Известно также устройство для измерения линейной скорости локомотива (патент RU №2189599 [13]), которое содержит два идентичных регистратора, содержащих источники волнового излучения (например, ультразвукового), являющиеся передающими антеннами, и датчики интенсивности излучения, выполняющие функции приемных антенн. Устройство также содержит суммирующее устройство, пороговое устройство, таймер и делительное устройство, которые выполнены на основе микропроцессора.

Недостатком данною устройства является нестабильная работа устройства при различных экстремальных условиях его эксплуатации.

Известно также «Автономное бортовое устройство для определения положения и скорости рельсового экипажа (патент RU №2282197 [14]), которое содержит два идентичных регистратора (приемно-излучающих устройства), установленные под днищем транспортного средства на расстоянии 0,2-0,5 м (база регистрации L) один за другим в направлении движения. Регистратор состоит из блока управления, соединенного с передающей антенной, являющейся источником СВЧ излучения, и приемной антенны, являющейся приемником отраженного СВЧ излучения, соединенной со стробирующим усилителем.

При перемещении устройства над железнодорожным полотном регистраторы воспринимают сигналы, имеющие периодический характер, обусловленный расположением шпал в рельсошпальной решетке вдоль направления движения.

Программируемое микропроцессорное устройство фиксирует моменты времени, когда сигналы, принятые первым и вторым регистраторами, достигают своих максимумов. Момент t₁ фиксации максимума сигнала, принятого первым регистратором при прохождении очередной шпалы, отличается от момента t₂ фиксации максимума сигнала, принятого вторым регистратором при прохождении той же шпалы, на промежуток времени Δt, а именно t₂=t₁+Δt.

Скорость движения определяется как отношение длины базы регистрации L к указанному промежутку времени Δt.

Характер изменения информации при перемещении устройства (наличие максимума принятого сигнала при нахождении первого регистратора над серединой очередной шпалы) позволяет определить количество пройденных шпал и тем самым определить положение на рельсовой колее.

Недостатками данного устройства являются следующие особенности.

Пониженная точность в определении скорости вследствие использования для определения параметра t только моментов фиксации максимумов отраженных от одной и той же шпалы сигналов, не используя «массу» оставшейся информации о подстилающей поверхности, содержащейся в отраженных сигналах. Ненадежность метода подсчета шпал вследствие сбоев, обусловленных проездом над покрытыми сплошь слоем щебня участками пути, над стрелочными переводами, над сдвоенными шпалами, над посторонними предметами внутри колеи. Необходимость в информации об эпюрах укладки шпал на данном участке пути (2000 шпал/км, 1840 шпал/км и т.д.), в том числе и при работе в кривых. Высокая вероятность пропуска очередного максимума сигнала вследствие уменьшения его амплитуды в силу различных причин (например, маскировки его в массе других сигналов от подстилающей поверхности). Необходимость в повышенной мощности облучения для повышения устойчивости идентификации максимума сигнала с отраженным от очередной шпалы сигналом. Невозможность автономного определения направления движения. При заданном периоде определения значения скорости минимальная измеряемая скорость движения транспортного средства определяется и ограничивается минимальной базой регистрации, что препятствует работе устройства на пониженных скоростях.

В настоящее время намечается тенденция перехода электрического железнодорожного транспорта на постоянном токе на переменный ток промышленной частоты, это дает значительное повышение эксплуатационных характеристик одновременно с применением управления всеми двигательными (ведущими) колесами локомотива по схеме мотор/колесо от центрального процессора. Это предъявляет повышение требований к измерениям параметров движения как на сверхмалых (0.5-2 м/с), так и на больших скоростях (300-500 км/ч). Для повышения точности измерения скорости движения локомотива на ж/д пути, особенно на малых скоростях, начиная с момента трогания с места с определением направления движения предложена система определения скорости локомотива и направления движения (патент RU №2769956 С1, 11.04.2022 [15]), основанные на применении - использовании искусственных ориентиров - маркеров вдоль геометрии ж/д пути в виде накладок для крепления рельсов к шпалам, характеризующиеся тем, что по мере движения локомотива излучающей по двум последовательным каналам зондирующие радиолокационные сигналы, принимают отраженные от меток ответные сигналы и. зная расстояние - базу между зондирующими - приемными каналами, а так же засекают время между проходом ответных импульсов от текущей метки по каждому каналу по формуле: S=V*t, где S=L₂ (расстояние между каналами), t - время прохода метки. Определяют скорость локомотива по выражению: V=S/t=2/Δt, а по последовательности времени прохода каналами метки определяют направление движения, так если последовательность первый-второй канал, то движение вперед, если же второй-первый, то назад; при движении с места все отсчеты проводят по второй метке. При этом технический результат достигается за счет применения двух последовательных радиолокаторов малого радиуса действия, размещенных в подкузовном пространстве локомотива, а в качестве маркеров по геометрии железнодорожного пути выбраны накладки крепления рельсов к шпалам и оптимальной обработки отраженных от маркеров сигналов.

Существенным недостатками данного технического решения является размещение радиолокаторов в подкузовном пространстве локомотива, что приводит к появлению флуктуационных составляющих, обусловленных переотражением зондирующих сигналов от конструктивных элементов локомотива, а также возникновение погрешностей, из-за влияния вихревых воздушных потоков, содержащих бытовой мусор.

Известны также технические решения по обоснованию применения для измерения скорости железнодорожных подвижных объектов альтернативного, радиолокационного доплеровского измерителя скорости (М.А. Гурулева, B.C. Марюхненко. Применение доплеровского измерителя для определения скорости подвижных железнодорожных единиц. Иркутск. Иркутский государственный университет путей сообщения. 2016, №1(108), с. 129-142 [16]).

В соответствии с источником информации [16] радиальную скорость объекта определяют, дифференцируя значения дальности (по показаниям радиодальномера), или, оценивая конечную разность дальностей на границах фиксированного интервала времени. При этом отмечается, что достичь гораздо большей точности измерений позволяет использование доплеровского эффекта. При этом, способы радиолокационного измерения отличаются видом излучаемых (непрерывные или импульсные) и характером принимаемых сигналов (прямые или отраженные).

Высокие требования к точности измерений скорости железнодорожного транспорта обуславливают выбор между доплеровским измерителем скорости (ДИС) импульсного и непрерывного излучения в пользу последнего. При этом целесообразно использование диапазона сантиметровых волн (СВЧ частоты) ввиду высокой стоимости ДИС, работающих в миллиметровом диапазоне.

При непрерывном излучении электромагнитных колебаний (ЭМК) взаимное движение передатчика П_рд и приемника П_рм с относительной скоростью V_r приводит к смещению частоты принимаемых сигналов:

где f₀=1/Т₀ - частота излучения; F_д - доплеровский сдвиг частоты; с - скорость света; k=1 при разнесенном приеме, и k=2 при локационном приеме; знаки «+» и «-» соответствуют сближению и удалению объектов. При этом радиальная скорость объекта определяется по формуле:где V_r - радиальная скорость объекта; λ₀=c/f₀ - длина волны излучаемых колебаний.

При облучении электромагнитными колебаниями неподвижной цели (балласта железнодорожного пути) радиальную скорость локомотива V_r можно записать как V_r=Vcosα, где V - скорость движения поезда, α - главный угол излучения антенны по отношению к направлению движения. При V=const доплеровский сдвиг несущей частоты сигнала, отраженного от точки цели имеет максимальное значение при горизонтальном излучении (cosα → 1). В то же время, мощность отраженного сигнала у принимающей антенны (без учета потерь при распространении, приеме и обработке сигнала) задается уравнением (Гришин Ю.П., Ипатов В.П., Казаринов Ю.М., Коломенский Ю.А., Ульяницкий Ю.Д. Радиотехнические системы: Учеб. для вузов по спец. «Радиотехника» / Под ред. Ю.М. Казаринова. - М.: Высш. шк., 1990. - 496 с.):

где: Р_r - мощность сигнала, принимаемая антенной; P_t - мощность передатчика; G_t -коэффициент усиления передающей антенны; A_r - эффективная площадь приемной антенны; σ - эффективная площадь рассеяния цели в данном ракурсе; R - расстояние от ДИС до цели при совмещенном приеме.

Поскольку мощность уменьшается пропорционально 4-ой степени расстояния до цели, то для получения сиг нала достаточного уровня расстояние R должно быть в допустимых пределах, для чего нужно увеличить угол излучения α по отношению к горизонтали. При α=35…70° доплеровское смещение составляет 35…80% (G.Hilger. GlasersAnnalen, 1998, N9/10, S. 533-541).

Из выражения (3) видно, что при увеличении угла излучения относительно его основного значения появляется множество частот, расширяющих полосу доплеровского излучения. Если отражающие свойства поверхности в пределах облучаемой площади одинаковы, то форма огибающей спектра зависит от угла β. Ширина спектра отраженного сигнала:

где F_дв2, F_дв1 - доплеровские сдвиги частоты соответственно от первой и второй точек цели. Уменьшение угла излучения β антенны приведет к возможности исчезновения сигнала вследствие его зеркального отражения, например, от поверхности катания рельса в момент проследования поездом стрелки.

Качество сигнала, попадающего на приемную антенну, зависит от неровности основания, отражающего сигнал. Исходя из критерия Релея (Гавриленко В.Г., Яшнов В.А. Передача информации по беспроводным сетям в условиях пересеченной местности. Учебно-методический материал по программе повышения квалификации «Новые подходы к проблемам генерации, обработки, передачи, хранения, защиты информации и их применения». Нижний Новгород, 2007, 112 с.), чтобы часть переданного сигнала, отразившись от поверхности, вернулась к приемнику должно выполняться неравенство h<λ(8sinα), (6), где h - максимальный размер неоднородности основания; α - угол падения излучаемых волн; λ - длина излучаемых волн.

Для диапазона сантиметровых волн, при длине волны λ=1,25 см, и α=45°, h должен быть не менее 2 мм, что выполняется для однородного щебеночного балласта. Условие (6) ввиду особенностей конструкций вагонов, их гладкой поверхности, сложно выполнимо. Поэтому для получения скоростемером сигнала, отраженного от вагона, измеритель должен облучать его по всей длине. Протяженность и неравномерность облучаемой поверхности вагона приводит к флуктуатации отраженного сигнала, уменьшить влияние которой можно правильной установкой и настройкой скоростемера. При установке измерителя в колее железнодорожного пути в уравнении (3)cosα → 1, доплеровский сдвиг частоты максимален. Однако в этом случае существенно усложняются условия эксплуатации ДИС. Для обеспечения длины участка измерения L_иу в пределах 25…30 м необходимо иметь угол β=6…10°, при этом главный угол излучения антенны по отношению к направлению движения α=5…8°, а расстояние между местом установки измерителя и осью железнодорожного пути L=2,2…2,4 м (Шелухин В.И. Автоматизация и механизация сортировочных горок; Учебник для техникумов и колледжей ж.-д. транспорта. - М.: Маршрут. 2005. - 240 с.). В этом случае расстояние относа измерителя от ближней границы измерительного участка лежит в пределах 10 м <L_мин <16 м. Необходимо соблюдать условие, где L_д - максимальная дальность работы скоростемера, L_иу - длина измерительного участка.

Важнейшей статистической характеристикой отраженного сигнала является спектр доплеровского сигнала. По оценке тяжести доплеровского спектра в темпе поступления сигнала дается оценка средней частоты радиосигнала.

Ширина спектра доплеровских частот зависит не только от изменения угла излучения антенны относительно его основного значения, но и от интервала корреляции т_к, характеризующего скорость изменения случайного процесса во времени (Финкельштейн М.И. Основы радиолокации: Учебное пособие для вузов. - М: Радио и связь,1983. - 536 с.) и от ускорения движения подвижного объекта. Расширение спектра доплеровского сигнала влияет на величину потенциальной среднеквадратической погрешности измерения радиальной скорости объекта. Вариантом решения проблемы стабильности сигнала, связанной с изменением отражательной способности различных оснований, является способ оценки сигнала по точкам пересечения. Так, точность измерения скорости радарными доплеровскими устройствами DRS05 (DEUTA, Германия) составляет 0,5%, при наличии ускорения 1 м/с² погрешность измерения скорости составляет 0,65 км/ч (G.Hilger. GlasersAnnalen, 1998, N9/10, S. 533-541).

Таким образом, доплеровские измерители скорости позволяют, по сравнению с одометрическими скоростемерами, осуществлять бесконтактное измерение скорости движения поезда и имеют иной спектр ошибок измерений. Последнее позволяет выполнить комплексирование результатов измерений доплеровских, одометрических, аэродинамических и инерциальных измерителей, и, тем самым, повысить точность, непрерывность и устойчивость сигнала скорости в системе управления локомотивом. Однако при использовании доплеровских измерителей скорости, работающих от подстилающей поверхности имеется ряд сложностей, обусловленных размещением приемоизлучающих устройств, как в подкузовном пространстве локомотива, так и на корпусе локомотива, а также при изменении шероховатости подстилающей поверхности, что снижает точность определения скорости.

В качестве прототипа принята локомотивная система определения скорости движения и пройденного пути (патент RU №2378654 С1, 10.01.2010 [17]), которая содержит приемно-излучающие устройства, каждое их которых включает блок СВЧ излучателя с передающей антенной и блок приемника отраженного СВЧ излучения с приемной антенной и усилителем, и программируемый микропроцессор, согласно изобретению на локомотиве по ходу движения последовательно установлены три приемно-излучающие устройства, а программируемый микропроцессор включает два блока корреляционно-экстремальной обработки, два блока расчета текущей скорости, блок определения направления движения, блок селекции выходной скорости, блок ввода базовых значений и начальных условий и интегратор, при этом выход первого приемно-излучающего устройства соединен с первым входом каждого из двух блоков корреляционно-экстремальной обработки; выход второго приемно-излучающего устройства соединен со вторым входом первого блока корреляционно-экстремальной обработки, выход которого соединен с входом первого блока расчета текущей скорости, и его знаковый выход соединен с входом блока определения направления движения и с знаковым входом второго блока корреляционно-экстремальной обработки; выход третьего приемно-излучающего устройства соединен со вторым входом второго блока корреляционно-экстремальной обработки, выход которого соединен с входом второго блока расчета текущей скорости: выход первого блока расчета текущей скорости соединен с первым входом блока селекции выходной скорости и с входом ввода значения скорости второго блока корреляционно-экстремальной обработки; выход второго блока расчета текущей скорости соединен со вторым входом блока селекции выходной скорости, выход которого соединен с входом интегратора; первый выход блока ввода базовых значений и начальных условий соединен с входами ввода базового значения первого блока корреляционно-экстремальной обработки и первого блока расчета текущей скорости, а второй выход блока ввода базовых значений и начальных условий соединен с входами ввода базового значения второго блока корреляционно-экстремальной обработки и второго блока расчета текущей скорости; выход начала отсчета пройденного пути и поправок блока ввода базовых значений и начальных условий соединен с входом ввода начальных условий интегратора, причем выход блока селекции выходной скорости является выходом значения скорости локомотива, выход интегратора является выходом значения пройденного локомотивом пути, выход блока определения направления движения является выходом признака направления движения локомотива.

Известная локомотивная система содержит три идентичных приемно-излучающих устройства (ПИУ) и программируемый микропроцессор. При этом блок СВЧ излучателя может быть выполнен с возможностью импульсного режима работы. Каждое приемно-излучающее устройство состоит из блока СВЧ излучателя с передающей антенной и генератором и блока приемника отраженного СВЧ излучения, состоящего из приемной антенны с усилителем, причем функции приемной и передающей антенн могут быть совмещены в одной приемно-передающей антенне. Приемно-излучающие устройства (ПИУ) устанавливаются под днищем локомотива со смещением в пределах корпуса локомотива один за другим в направлении движения на фиксированных расстояниях.

При этом высота подвески приемно-излучающих устройств относительно плоскости, проходящей по вершинам головок соседних рельсов, должна быть одинакова.

Выходы блока приемника отраженного СВЧ излучения приемно-излучающих устройств подсоединены к программируемому микропроцессору, который связан с системой управления локомотивом.

Программируемый микропроцессор локомотивной системы содержит два блока корреляционно-экстремальной обработки (КЭО), два блока расчета текущей скорости (РТС), блок селекции выходной скорости (СВС), блок ввода базовых значений и начальных условий (ВБЗ), блок определения направления движения (ОНД) и интегратор.

Выход первого ПИУ соединен с первыми входами каждого из двух блоков КЭО, выход второго ПИУ соединен со вторым входом первого блока КЭО, выход третьего ПИУ соединен со вторым входом второго блока КЭО. Выход первого блока КЭО соединен с входом первого блока РТС, знаковый выход блока первого КЭО соединен с входом блока ОНДО и со знаковым входом второго блока КЭО. Выход второго блока КЭО соединен с входом второго блока РТС. Выход первого блока РТС соединен с первым входом блока СВС и с входом ввода значения скорости второго блока КЭО. Выход блока РТС соединен со вторым входом блока СВС. Выход блока СВС соединен с входом интегратора. Первый и второй выходы блока ВБЗ соединены соответственно с входами ввода базового значения первого и второго блоков КЭО и соответственно с входами ввода базового значения первого и второго блоков РТС. Выход начала отсчета пройденного пути и поправок блока ВБЗ соединен с входом ввода начальных условий интегратора. Выход блока СВС одновременно является выходом значения скорости устройства, выход интегратора одновременно является выходом значения пройденного пути локомотива, выход блока ОНД одновременно является выходом признака направления движения локомотива.

Работа устройства прототипа осуществляется следующим образом.

В процессе движения локомотива подстилающая поверхность непрерывно облучается каждым приемно-излучающим устройством электромагнитными волнами СВЧ диапазона. Отраженное излучение воспринимается блоком приемника отраженного СВЧ излучения соответствующего приемно-излучающего устройства и преобразуется в электрические сигналы. Реализации сигналов представляют собой случайные функции времени f₁(t), f₂(t), f₃(t), где f₁(t) - реализация сигналов первого приемно-излучающего устройства, где f₂(t) - реализация сигналов второго приемно-излучающего устройства, где f₃(t) - реализация сигналов третьего приемно-излучающего устройства. Реализации, получаемые со второго и третьего приемно-излучающих устройств сдвинуты по времени на величины, прямо пропорциональные соответствующим базовым значениям расстояний между приемно-излучающими устройствами и обратно пропорциональные текущей скорости V локомотива относительно реализации, получаемой с первого приемно-излучающего устройства.

В первом блоке корреляционно-экстремальной обработки за определенный период времени (период анализа Т) в определенном диапазоне задержек реализации f₁(t) относительно f₂(t) вычисляются значения их взаимной корреляционной функции (далее ВКФ), причем максимум указанной функции соответствует точному совмещению реализаций f₁(t) и f₂(t), а также соответствующее значение задержки.

Во втором блоке корреляционно-экстремальной обработки по максимуму ВКФ реализаций f₁(t) и f₃(t) определяется соответствующее значение задержки.

По полученным значениям сдвигов τ₁,τ₂ рассчитываются значения скоростей V₁, V₂ в соответствующих блоках расчета текущей скорости.

Описанный способ обработки полученных сигналов (корреляционно-экстремальный) позволяет принципиально получить более высокие точности в определении скорости в связи с тем, что в каждом измерении участвует совокупность множества сигналов, полученных вследствие отражения от подстилающей поверхности, независимо от ее характера. Высокая точность в определении скорости дает возможность применить для точного определения пройденного пути интегрирование полученного значения скорости.

Следует отметить, что в случае равномерного движения достаточно было бы ограничиться двумя приемно-излучающими устройствами, расположенными в пределах жесткого основания как можно дальше друг от друга (например, в разных концах локомотива), т.к. погрешность в определении скорости обратно пропорциональна расстоянию между приемно-излучающими устройствами (базовому значению L). Однако в реальных условиях эксплуатации скорость изменяется в широком диапазоне и возможны ситуации, когда к моменту прохода в процессе движения отдаленного приемно-излучающего устройства над подстилающей поверхностью отраженные сигналы от которой получены первым приемно-излучающим устройством, реализация отдаленного приемно-излучающего устройства за счет изменения скоростного режима становится искаженной относительно реализации первого и либо непригодна для корреляционно-экстремальной обработки либо это обстоятельство ухудшает точность такой обработки. Кроме того, значение L определяет значение минимальной скорости движения V_min, при которой возможно ее измерение.

В связи с этим возникает необходимость уменьшения расстояния L между приемно-излучающими устройствами до оптимального, обусловленного рабочим диапазоном скоростей и ускорений локомотива, с одной стороны, и заданными точностями работы - с другой, при заданном значении Т. Функцию основной рабочей пары выполняют первое и третье приемно-излучающие устройства с базовым значением L₂.

Для сохранения работоспособности системы в условиях начала движения и при остановке (т.е. с целью уменьшения значения V_min) необходима пара близко расположенных приемно-излучающих устройств с небольшим базовым значением (L₁), эту функцию выполняют первое и второе приемно-излучающие устройства. Значение скорости V₁, рассчитанной в блоке расчета текущей скорости, подается с выхода блока на один из входов блока селекции выходной скорости и далее используется в качестве выходной скорости V_вых устройства при низких (до определенного порога V_пор) скоростях движения, в том числе при начале движения и остановке локомотива.

При перемещении локомотивной системы над железнодорожным полотном в реализациях сигналов приемно-излучающих устройств может присутствовать периодическая составляющая, обусловленная периодическим расположением шпал в рельсошпальной решетке вдоль направления движения. В этом случае взаимная корреляционная функция будет иметь ложные экстремумы, один из которых может быть ошибочно принят в качестве рабочего. Для исключения подобных ситуаций с выхода блока расчета текущей скорости, где скорость рассчитывается по реализациям рядом стоящих первого и второго приемно-излучающих устройств на вход второго блока корреляционно-экстремальной обработки подастся рассчитанное значение скорости движения V₁, в котором по полученному значению скорости производится расчет обуженной зоны поиска рабочего экстремума ВКФ. причем зона поиска формируется таким образом, что исключает «захват» ложного максимума. Соответствующее рабочему экстремуму ВКФ реализаций первого и третьего приемно-излучающих устройств значение τ₂ поступает с выхода второго блока корреляционно-экстремальной обработки на вход блока расчета текущей скорости, и рассчитанное значение скорости V₂ далее с выхода блока расчета текущей скорости поступает на один из входов блока селекции выходной скорости и далее используется в качестве выходной скорости V_вых устройства при превышении V₂>V_пор. Корреляционно-экстремальная обработка реализаций первого и второго приемно-излучающих устройств позволяет определить направление движения путем поиска экстремума в зоне положительных и отрицательных аргументов ВКФ. Наличие экстремума в зоне положительного аргумента свидетельствует о движении в прямом направлении и наоборот. Информация о знаке аргумента ВКФ поступает со знакового выхода первого блока корреляционно-экстремальной обработки на вход блока определения направления движения локомотива на выходе которого формируется признак направления движения и выход которого является одновременно одним из выходов локомотивной системы. Кроме того, со знакового выхода первого блока корреляционно-экстремальной обработки сигнал поступает на знаковый вход второго блока корреляционно-экстремальной обработки для использования знака аргумента при определении зоны поиска рабочих максимумов ВКФ.

Значение скорости V_вых поступает на вход интегратора, на выходе которого формируется значение пройденного пути S, поступающее на выход устройства. По сигналу, поступившему из системы управления локомотивом, через блок ввода базовых значений и начальных условий интегратор либо обнуляется и расчет значения пройденного пути начинается вновь с нулевой отметки либо его выходное значение пути корректируется вводом поправки от внешних средств коррекции.

Недостатком такого измерителя скорости является нестабильная работа в экстремальных условиях эксплуатации.

Эта система вообще не применима на высокоскоростных железнодорожных магистралях, в которых не используются шпалы, а есть только прочное подстилающее основание на всем пути, т.е. нет балласта в обычном смысле этого слова, т.е. нет реперов для отчетов.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение надежности измерения скорости подвижного железнодорожного состава.

Поставленная задача решается за счет того, что локомотивная система определения скорости движения и пройденного пути содержит приемно-излучающие устройства, каждое их которых включает блок излучателя c передающей антенной и блок приемника, при этом блок излучателя содержит полупроводниковый модуль, дифракционную решетку, первый объектив, пространственный фильтр, второй объектив, образующие передающий канал с дифракционно-оптическим делением лазерного пучка, а блок приемника отраженного сигнала включает фокусирующий объектив, диафрагму, фотодиод и предварительный усилитель, подключенный к преобразователю доплеровского сигнала, образующие приемный канал, при этом приемный канал дополнительно содержит вторую диафрагму и второй фотодиод с предварительным усилителем, подключенным ко второму преобразователю доплеровского сигнала, при этом выходы преобразователей доплеровского сигнала подключены к программируемому микропроцессору, при этом локомотивная система определения скорости движения и пройденного пути содержит «n» приемно-излучающих устройств, размещенных соответственно в «n» герметичных корпусах, установленных по обоим бортам локомотива и подвижного состава соответственно в центральной части и оконечной части подвижного состава, при этом излучатели выполнены для функционирования в видимом диапазоне волн и в сине-зеленом диапазоне волн, блоки корреляционно-экстремальной обработки выполнены с возможностью приема сигналов от «n» передающих и приемных каналов, программируемый микропроцессор своими соответствующими входами соединен также с выходами бортовых датчиков измерения угловых ускорений и составляющих вектора скорости подвижного состава, в состав локомотивной системы определения скорости движения и пройденного пути введены блок классификации спектра принятых сигналов, соединенный своим входом с выходами передающих и приемных каналов, блок выбора режимов функционирования устройства, соединенный своим входом с выходом блока классификации спектра принятых сигналов, а своим выходом с входом программируемого микропроцессора.

Предлагаемое устройство состоит из полупроводникового лазерного модуля, дифракционной решетки, объектива, пространственного фильтра, объектива, образующих передающий канал с дифракционно-оптическим делением лазерного пучка. Приемный канал содержит фокусирующий объектив, диафрагмы, фотодиоды, предварительные усилители, преобразователи доплеровского сигнала. Выходы преобразователей доплеровского сигнала подключены к программируемому микропроцессору. Конструктивно элементы лазерного модуля размещены в герметичном корпусе с защитным окном. Программируемый микропроцессор своими соответствующими входами соединен также с выходами датчиков измерения динамических характеристик локомотива (угловых и вертикальных перемещений локомотива). Предлагаемый лазерный измеритель скорости также содержит блок классификации спектра принятых сигналов, соединенный своим входом-выходом с входом - выходом программируемого микропроцессора, блок выбора режимов функционирования устройства, соединенный своим входом с выходом блока классификации спектра принятых сигналов, а своим выходом с входом программируемого микропроцессора. Блок корреляционной обработки сигналов выполнен с возможностью приема сигналов от «n» передающих и приемных каналов.

На подвижном железнодорожном составе «n» герметичных корпусов полупроводникового лазерного модуля установлены по обоим бортам локомотива, среднего и последнего вагонов железнодорожного состава. Полупроводниковые лазерные модули, выполнены для функционирования в видимом и ближнем ИК диапазоне волн. Переключение диапазонов волн осуществляется программно в зависимости от времени суток (день, ночь) и прозрачности видимости.

Блок классификации спектра принятых сигналов разработан на основе лазерного спектрометра анализатора типа ЛИС-01 (http://libs.nppsd.ru/) и предназначен для классификации спектра полученных сигналов, путем сравнения отраженных сигналов с эталонными значениями спектра сигнала, полученных при калибровки измерителя скорости на испытательном полигоне при отражении сигналов от различных видов подстилающей поверхности (железнодорожного основания) с учетом скоростных режимов движения локомотива.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Световой пучок лазерного модуля падает на дифракционную решетку, на выходе которой в результате дифракции и интерференции в дальней зоне получается семейство порядков дифракции. После прохождения телецентрической системы (объективы, пространственный фильтр) остаются только ± первые порядки дифракции, которые, пересекаясь на границе воздух - подстилающая поверхность, образуют протяженную пространственную интерференционную картину (решетку).

Рассеянное оптическими неоднородностями при пересечении решетки лазерное излучение фокусируется объективом через диафрагмы на фотодиодах, преобразующих это излучение в доплеровские сигналы, которые усиливаются в предварительных усилителях и в преобразователях доплеровского сигнала преобразуются в значения скорости потока в соответствии с зависимостями (1).

В отличие от прототипа [17] сигналы с выходов всех передающих и приемных каналов поступают на блок классификации спектра принятых сигналов, посредством которого выполняется классификация спектра полученных сигналов, путем сравнения отраженных сигналов с эталонными значениями спектра сигнала, полученных при калибровке измерителя скорости на испытательном полигоне.

С блока классификации спектра принятых сигналов, сигналы поступают на блок выбора режимов функционирования устройства, на котором устанавливается режим работы устройства в целом.

В программируемом микропроцессоре вычисляются значения относительной скорости движения подвижного состава с учетом поправок, обусловленных перемещением подвижного состава в вертикальной и поперечной плоскостях, вырабатываемых по данным бортовых датчиков измерения динамических характеристик локомотива и изменения коэффициента в зависимости от шероховатости подстилающей поверхности.

При отражении сигналов от однородной подстилающей поверхности, например, бетонное основание в программируемом микропроцессоре вычисляются значения абсолютной скорости.

Программируемый микропроцессор построен на основе процессора типа ADSP-21990. Размещении передающих и приемных каналов лазерных модулей, установленных по обоим бортам подвижного состава позволяет реализовать решение задачи оценивания доплеровских смещений в шести пространственных каналах с использованием стандартного программного обеспечения. При этом выполняется также корреляционная обработка сигналов от «п» передающих и приемных каналов. Математический аппарат алгоритма оценивания спектрального момента с использованием одного значения комплексной корреляционной функции изложен в работе (Kenneth S. Miller, Marvin М. Rochwarger. A covariance approach to spectral moment estimation. // IEEE Trans. Inform. Theory. - Vol. IT-18. - 1972. - No 5. - p. 588-596).

Оценка спектрального момента может быть получена по формуле (Kenneth S.Miller, Marvin М. Rochwarger. A covariance approach to spectral moment estimation. // IEEE Trans. Inform. Theory. - Vol. IT-18. - 1972. - No 5. - p. 588-596).

Лазерные модули представляют собой сканер, который работает в ближнем ИК диапазоне (1064 нм) и предназначен для определения пространственного положения точек отражения от подстилающей поверхности и обеспечивает возможность работы в любое время года днем и ночью в простых метеоусловиях, аналогом является лазерный сканер типа Leica ALS 70-НР.

Излучатель лазерного передающего устройства для работы в сложных метеорологических условиях выполнен в виде твердотельного лазера на алюмоиттриевом гранате сине -зеленного светового спектра с диапазоном длин излучаемых волн 0,42÷0,53 мкм и работает в зеленом диапазоне (532 нм) и предназначен для определения пространственного положения точек отражения от подстилающей поверхности.

При измерении скорости подвижного железнодорожного состава принята 4-х лучевая X-образная схема ориентации лучей в горизонтальной плоскости путем разнесения антенны по двум бортам состава. При обработке доплеровских частот, полученных по каждому из 4-х лучей и последующего вычисления горизонтальных (V_x) и вертикальных (V_y) составляющих скорости используют доплеровские частоты накрест лежащих лучей, формируемых соответственно носовыми и центральными лазерными модулями, а также центральными и кормовыми лазерными модулями.

После обработки в преобразователях доплеровского сигнала сигналы поступают на входы блока корреляционной обработки сигналов, осуществляющего вычисление взаимно-корреляционной функции и слежение за ее максимумом. Система слежения блока корреляционной обработки сигналов, подключенная к выходу интегратора, регулирует введенную временную задержку, поддерживая максимальное значение корреляционной функции. При этом по значению введенной задержки определяется скорость железнодорожного состава.

Аналогом блока корреляционной обработки сигналов является дискретное корреляционное устройство, осуществляющие слежение за максимумом взаимно-корреляционной функции двух сигналов (Козубовский С.Ф. Корреляционно-экстремальные системы. Киев. Наукова думка, 1973).

Непрерывные входные сигналы в этом устройстве заменяются знакопеременными сигналами постоянной амплитуды, знаки которых соответствуют знакам входных сигналов. Эта операция называется клиппированием и выполняется с помощью усилителей-ограничителей. Далее осуществляется построение знаковой взаимно-корреляционной функции, линейно связанной с вероятностью совпадения знаков входных сигналов.

Знаковая взаимно-корреляционная функция связана с обычной нормированной взаимно-корреляционной функцией двух величин, имеющих нормальное совместное распределение.

Установленные на железнодорожном составе разнесенные вдоль диаметральной плоскости по обоим бортам состава лазерные модули движутся одна за другой по одной и той же траектории. При этом измерение скорости сводится к нахождению временного сдвига сигналов принятых разнесенными лазерными модулями вдоль обоих бортов. Нахождение этого сдвига производится путем корреляционной обработки принятых сигналов. Для этой цели в тракт сигнала лазерного модуля установленного на локомотиве вводится переменная временная задержка и производится вычисление взаимно-корреляционной функции огибающих сигналов разнесенных вдоль бортов лазерных модулей и отслеживается ее максимальное значение на двух базах.

Слежение за максимумом взаимно-корреляционной функции осуществляется с помощью дифференциальной системы слежения, сигналом рассогласования которой является разность двух значений взаимно-корреляционной функции, соответствующих задержкам. Клиппированные сигналы подаются на входы блока регулируемой задержки, куда и подается сигнал с лазерного модуля установленного на локомотиве, где он квантуется с частотой продвигающих импульсов f_n=1/T_n и задерживается во времени.

По значениям измеренных задержек и известным расстояниям между лазерными модулями в программируемом микропроцессоре определяют путевую скорость железнодорожного состава. При этом разделение четырех лучей может осуществляется программно.

При вступлении поезда в границы линии индуктивной связи информация о скорости движения передается в систему интервального регулирования движения поездов через бортовую систему безопасности локомотива.

При наличии на локомотиве монитора с графическим интерфейсом по значениям измеренных значений скорости для наглядности для машиниста может быть выведен маршрут движения поезда относительно характерных ориентиров между станциями.

Использование локомотивной системы позволит повысить точность измерения линейной скорости и пройденного пути, осуществлять определение направления движения, расширить диапазон минимальных рабочих скоростей, а также расширить область применения на различных транспортных средствах.

Реализация заявленной совокупности признаков формулы изобретения обеспечивает достижение точности измерения линейной скорости и пройденного пути, осуществление определения направления движения. Кроме того, достигается расширение диапазона минимальных рабочих скоростей, а также расширение области применения системы на различных транспортных средствах.

В связи с тем, что для нормального функционирования локомотивной системы нет необходимости добиваться получения в отраженных сигналах присутствия гарантированной составляющей сигналов, отраженных от шпал, то заявляемое устройство не требует в составе регистраторов мощных излучателей СВЧ и/или работы в области наносекундных импульсов, что значительно снижает стоимость приемно-излучающих устройств.

Предлагаемый лазерный судовой измеритель скорости разработан на промышленно освоенной элементной базе средствах вычислительной техники, что исключает технические риски при его промышленной применимости.

Источники информации.

1. Венцевич Л.Е. Локомотивные скоростемеры и расшифровка скоростемерных диаграммных лент. М.: УМК МПС России, 2002. С. 272. ISBN 5-89035-052-8.

2. Астрахан В.И., Зорин В.И., Кисельгоф Г.К. Унифицированное комплексное локомотивное устройство безопасности (КЛУБ-У), М.: УМЦ по образованию на железнодорожном транспорте, 2007. С. 272. ISBN 978-5-89035-465-5.

3. Марюхненко B.C. Информационный анализ навигационного обеспечения управляющих систем подвижных транспортных объектов: монография; - Иркутск: изд-во ИрГУПС, 2009. - 112 с.

4. B.C. Марюхненко, Мухопад Ю.Ф., Демьянов В.В., Миронов Б.М.. Информационное обеспечение подвижных транспортных средств на основе интегрированных навигационных систем: Монография; под ред. д-ра техн. наук, профессора B.C. Марюхненко. - Новосибирск: Наука, 2014. - 256 с.

5. Козюков А.И. Локомотивный скоростемер. Информационная система [Электронный ресурс] - Режим доступа: www.ielectro.ru.

6. Устройство КЛУБ-У. Руководство по эксплуатации. Часть первая. 36991-00-00 РЭ. - Ижевск: изд-во ИРЗ, 2014. - 264 с.

7. Правила технической эксплуатации железных дорог Российской федерации: утв. Приказом Минтранса России от 21.12.2010 г. N286. - М.: ООО «Трансинфо ЛТД», 201 1.- 256 с.

8. Приказ об установлении наибольших допускаемых скоростей движения поездов и одиночных локомотивов по главным и приемоотправочным путям от 30.09.2014 г. N ЗабДИ-310/л. - Чита, 2014.

9. Носков В.Я. и др. «Современные гибридно-интегральные автодинные генераторы микроволнового и миллиметрового диапазона и их применение» ч. 9 «Радиолокационное применение автодинов. Успехи современной радиоэлектроники», 2016, №3. стр. 32-80.

10. Авторское свидетельство SU №1689859, от 1989 г.

11. Патент на полезную модель RU №28254U1 от 16.08.01 г., Бюллетень «Изобретения. Полезные модели» №7, 2003 г.

12. Патент на полезную модель RU №63937 U1, 10.06.2007.

13. Патент RU №2189599.

14. Патент RU №2282197.

15. Патент RU №2769956С1, 11.04.2022.

16. М.А. Гурулева. B.C. Марюхненко. Применение доплеровского измерителя для определения скорости подвижных железнодорожных единиц. Иркутск. Иркутский государственный университет путей сообщения. 2016, №1(108), с. 129-142.

17. Патент RU №2378654 С1, 10.01.2010.

Claims (1)

1. Локомотивная система определения скорости движения и пройденного пути, содержащая приемно-излучающие устройства, каждое их которых включает блок излучателя c передающей антенной и блок приемника, при этом блок излучателя содержит полупроводниковый модуль, дифракционную решетку, первый объектив, пространственный фильтр, второй объектив, образующие передающий канал с дифракционно-оптическим делением лазерного пучка, а блок приемника отраженного сигнала включает фокусирующий объектив, диафрагму, фотодиод и предварительный усилитель, подключенный к преобразователю доплеровского сигнала, образующие приемный канал, при этом приемный канал дополнительно содержит вторую диафрагму и второй фотодиод с предварительным усилителем, подключенным ко второму преобразователю доплеровского сигнала, при этом выходы преобразователей доплеровского сигнала подключены к программируемому микропроцессору, при этом локомотивная система определения скорости движения и пройденного пути содержит «n» приемно-излучающих устройств, размещенных соответственно в «n» герметичных корпусах, установленных по обоим бортам локомотива и подвижного состава соответственно в центральной части и оконечной части подвижного состава, при этом излучатели выполнены для функционирования в видимом диапазоне волн и в сине-зеленом диапазоне волн, блоки корреляционно-экстремальной обработки выполнены с возможностью приема сигналов от «n» передающих и приемных каналов, программируемый микропроцессор своими соответствующими входами соединен также с выходами бортовых датчиков измерения угловых ускорений и составляющих вектора скорости подвижного состава, в состав локомотивной системы определения скорости движения и пройденного пути введены блок классификации спектра принятых сигналов, соединенный своим входом с выходами передающих и приемных каналов, блок выбора режимов функционирования устройства, соединенный своим входом с выходом блока классификации спектра принятых сигналов, а своим выходом с входом программируемого микропроцессора.