Компьютерная система управления портовым контейнерным терминалом

 

Предлагаемая система относится к автоматизированным системам для упорядоченного транспортирования и складирования контейнеров различного назначения и может быть использована для принятия оперативных и обусловленных решений на всех уровнях управления и контроля за погрузочно-разгрузочными и транспортно-складскими процессами с использованием компьютерной техники и машиносчитываемых штриховых кодов. Технический результат заключается в повышении оперативности и точности определения местоположения контейнеров в процессе их транспортирования и складирования. Предлагаемая система содержит систему приема и передачи информации, диспетчерский геодезический пункт, на котором установлен приемник GPS с антенной, дуплексная и передающая радиостанции, на каждом погрузчике и трейлере установлены два приемника и дуплексная радиостанция. 7 з.п.ф-лы, 8 ил.

Предлагаемая система относится к автоматизированным системам для упорядочного транспортирования и складирования контейнеров различного назначения и может быть использована для принятия оперативных и обоснованных решений на всех уровнях управления и контроля за погрузочно-разгрузочными и транспортно-складскими процессами с использованием компьютерной техники и машиносчитываемых штриховых кодов.

Компьютеризация процесса движения продукции от производителя к потребителю, маркировка продукции машиносчитываемыми штриховыми кодами как одно из требований выхода продукции на мировой рынок привели к объективной необходимости разработки универсальной наднациональной системы штрихового кодирования (например, UPC, EAH, "2 из 5 с чередованием", "Кодобар", алфавитно-цифровые коды 39, 93 и др.). [Горбачев Л.М. и др. Средства автоматической идентификации и перспективы их использования в технологии складской грузотранспортировки. М. 1990, вып. 9].

Для навигационно-информационного обеспечения портового контейнерного терминала наиболее перспективными представляются радиосистемы дальней навигации наземного базирования ("Лоран-с", "Дека", "Чайка", "Омега" и др.), а также глобальные спутниковые навигационные и связные системы ("Навстар", "Глонасс", "Геостар", "Коспас-Сарсат", "Инмарсам", "Старфикс" и др.).

Недавно в США разработана система "Скан Трэк" по диспетчеризации железнодорожных, речных и автомобильных контейнерных перевозок. На транспортном средстве устанавливаются приемо-измерители системы "Лоран-С" и радиостанция спутниковой связи через геостационарные спутники системы "Геостар". Грузоотправитель может прикреплять на контейнер микропередатчик кода идентификации груза. Этот код вместе с информацией о месте транспортного средства и текущем времени передается в диспетчерский центр в г. Меримак (шт. Нью-Гэмпшир). Диспетчерский пункт выводит всю информацию на электронную карту США и избирательно передает ее по линиям телефонной связи всем заинтересованным организациям (отправителям и получателям соответствующего груза). В дальнейшем планируется использование системы "Скан Трек" в гражданской авиации, медицинской службе, лесопроизводстве и торговле.

Известна также автоматизированная система управления "Контейнер" [Контейнерная транспортная система. М. 1991], обеспечивающая сбор информации о состоянии контейнерной транспортной системы и выдающая рекомендации по наиболее рациональной организации перевозочного процесса.

Для механизации и автоматизации погрузо-разгрузочных работ применяются робототехнологические комплексы, управляемые компьютерной техникой (авт. свид. N 830.304, G 05 В 15/00, 1982; N 911.464, G 05 В 19/00, 1984; N 930.254, G 05 В 19/00, 1984; N 1.233.105, G 05 В 19/18, 1986; N 1.276.594, В 65 G 47/22, 1986; N 1.780.080, G 05 В 19/00, 1985 и др.).

Из известных систем и устройств наиболее близким к предлагаемой является: "Устройство для управления робототехнологическим комплексом" (авт. свид. СССР N 1.780.080, G 05 В 19/00, 1989), которое и выбрано в качестве прототипа.

Однако указанное устройство не обеспечивает оперативного управления и контроля за транспортированием и складированием контейнеров в портовом терминале с целью ликвидации простоев при погрузке контейнеров и их потерь, что снижает функциональные возможности робототехнологических комплексов.

Задачей изобретения является повышение оперативности и точности определения местоположения контейнеров в процессе их транспортирования и складирования.

Поставленная задача решается тем, что компьютерная система управления портовым контейнерным терминалом, содержащая диспетчерский геодезический пункт, на котором установлены приемник GPS с антенной, предназначенный для приема навигационного сигнала, используемого для вычисления дифференциальных поправок, и передающая радиостанция, предназначенная для передачи дифференциальных поправок на погрузчики и трейлеры, на каждом погрузчике и трейлере установлены первый приемник с антенной, предназначенный для получения дифференциальных поправок с диспетчерского пункта, и второй приемник с антенной, предназначенный для приема навигационного сигнала, используемого для вычисления поправок, снабжена дуплексными радиостанциями, размещенными на диспетчерском геодезическом пункте и на каждом погрузчике и трейлере, и системой приема и передачи информации, причем между диспетчерским геодезическим пунктом и каждым погрузчиком и трейлером установлены пейджинговая и двусторонняя радиосвязи непосредственно и/или через систему приема и передачи информации.

Структурная схема предлагаемой системы представлена на фиг. 1. Структурные схемы дуплексной и передающей радиостанций, размещенных на диспетчерском геодезическом пункте, изображены на фиг. 2. Частотная диаграмма показана на фиг. 3. Структурные схемы дуплексной радиостанции и двух приемников, размещенных на каждом погрузчике и трейлере, представлены на фиг. 4. Временные диаграммы, поясняющие принцип работы системы, изображены на фиг. 5, 6. Структурная схема фрагмента радиотелефонной системы общего пользования с сотовой структурой представлена на фиг. 7. На фиг. 8 представлена геометрическая схема расположения геостационарного ИСЗ ретранслятора S и двух наземных пунктов A и B.

Компьютерная система управления портовым контейнерным терминалом содержит диспетчерский геодезический пункт 1, на котором размещены дуплексная и передающая радиостанции, объект 2 разгрузки (погрузки) (например, судно), склады 3 контейнеров, таможенная зона отгрузки 4, погрузчики 5.i (i = 1,2,.. . , n), трейлеры 6.j (j= 1,2,...,m), устройства 7.l (l = 1, 2,...,L) для управления робототехнологическими комплексами и систему 8 приема и передачи информации. При этом на каждом погрузчике и трейлере размещены дуплексная радиостанция и два приемника. Между диспетчерским геодезическим пунктом 1 и пoгpузчиками (тpейлеpaми) установлены пейджинговая и двухсторонняя радиосвязи непосредственно и/или через систему 8 приема и передачи информации.

Дуплексная радиостанция, размещенная на диспетчерском геодезическом пункте 1, содержит последовательно включенные компьютер 9, первый задающий генератор 10, первый фазовый манипулятор 12, второй вход которого через источник 11 дискретных сообщений соединен с компьютером 9, первый амплитудный модулятор 14, второй вход которого через источник 13 непрерывных сообщений соединен с компьютером 9, первый смеситель 16, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 15, первый усилитель 18 первой промежуточной частоты, первый усилитель 19 мощности, первый дуплексер 20 и первую приемо-передающую антенну 21. К выходу дуплексера 20 последовательно подключены второй усилитель 22 мощности, второй смеситель 23, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 17, первый усилитель 24 второй промежуточной частоты, первый усилитель-ограничитель 25, первый синхронный детектор 26, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя 24 второй промежуточной частоты, компьютер 9 и первый блок 30 регистрации. К выходу первого усилителя-ограничителя 25 последовательно подключены первый перемножитель 27, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 17; первый полосовой фильтр 28 и первый фазовый детектор 29, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 15, а выход подключен к компьютеру 9.

Передающая радиостанция, размещенная на диспетчерском геодезическом пункте 1, содержит последовательно включенные первую приемную антенну 31, приемник 32 GPS, прибор 33 дифференциальных поправок, второй фазовый манипулятор 35, второй вход которого соединен с выходом второго задающего генератора 34, третий усилитель 36 мощности и передающую антенну 37.

Дуплексная радиостанция, размещаемая на каждом погрузчике (трейлере), содержит последовательно включенные датчик 38 номера погрузчика (трейлера), микропроцессор 40, к которому подключен датчик 39 погрузки-разгрузки, третий задающий генератор 41, третий фазовый манипулятор 42, к второму входу которого подключен микропроцессор 40, второй амплитудный модулятор 43, к второму входу которого подключен микропроцессор 40, третий смеситель 45, второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина 44, второй усилитель 47 второй промежуточной частоты, четвертый усилитель 48 мощности, второй дуплексер 49 и вторую приемо-передающую антенну 50. К выходу дуплексера 49 последовательно подключены пятый усилитель 51 мощности, четвертый смеситель 52, второй вход которого соединен с выходом четвертого гетеродина 46, второй усилитель 53 первой промежуточной частоты, второй усилитель-ограничитель 54, второй синхронный детектор 55, второй вход которого соединен с выходом усилителя 53 первой промежуточной частоты, и микропроцессор 40. К выходу усилителя-ограничителя 54 последовательно подключены второй перемножитель 56, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 46, второй полосовой фильтр 57 и второй фазовый детектор 58, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 44, а выход подключен к микропроцессору 40.

Первый приемник, размещенный на погрузчике (трейлере), содержит последовательно включенные вторую приемную антенну 59, усилитель 60 высокой частоты, линию 61 задержки, третий фазовый детектор 62, второй вход которого соединен с выходом усилителя 60 высокой частоты, и блок 63 определения местоположения погрузчика (трейлера), второй вход которого соединен с выходом второго блока 85 регистрации, а третий вход - с микропроцессором 40.

Второй приемник, размещенный на погрузчике (трейлере), содержит последовательно включенные третью приемную антенну 64, пятый смеситель 68, второй вход которого через последовательно включенные генератор 66 управляющего напряжения и синтезатор 67 соединен с первым выходом опорного генератора 65, усилитель 69 промежуточной частоты, второй вход которого соединен с первым выходом дискриминатора 77 системы слежения за задержкой, третий перемножитель 73, второй вход которого через последовательно включенные устройство 70 сдвига фазы тактовых импульсов кода и генератора 71 кода соединен с вторым выходом синтезатора 67, фильтр 74 промежуточной частоты, коррелятор 75, второй вход которого соединен с выходом генератора 66 управляющего напряжения, дискриминатор 77 системы слежения за задержкой, детектор 79 захвата кода и второй блок 85 регистрации, выход которого подключен к микропроцессору 40. Второй выход опорного генератора 65 через измеритель 72 квазидальности, второй вход которого соединен с выходом генератора 71 кода, подключен к микропроцессору 40. К третьему выходу дискриминатора 77 системы слежения за задержкой через фильтр 82 системы слежения за задержкой подключен второй вход устройства 70 сдвига фазы тактовых импульсов кода, к третьему выходу которого подключен микропроцессор 40. К выходу коррелятора 75 последовательно подключены детектор 76 системы слежения за несущей и детектор 78 захвата несущей, выход которого подключен к второму входу блока 85 регистрации, третий вход которого через блок 84 битовой синхронизации соединен с выходом детектора 76 системы слежения за несущей, а четвертый вход блока 85 регистрации через фильтр 83 нижних частот соединен с выходом детектора 76 системы слежения за несущей. К выходу последнего последовательно подключены фильтр 80 системы слежения за несущей, второй вход которого подключен к микропроцессору 40, и сумматор 81, второй вход которого подключен к микропроцессору 40, а выход подключен к второму входу генератора 66 управляющего напряжения.

В качестве системы приема и передачи информации может использоваться радиотелефонная система общего пользования с сотовой структурой, фрагмент которой изображен на фиг. 7.

Территория портового контейнерного терминала и прилегающая к нему территория разделяются на ячейки (соты), в каждой из которых устанавливается базовая радиостанция 87. k (k = 1,2,...,K), которая связана радиоканалом с погрузчиком 5.i (i = 1,2,...,n) или трейлером 6.j (J = 1,2,...,m). При этом передатчики указанных радиостанций имеют относительно небольшую мощность. Чтобы оптимально разделить определенную территорию на микрозоны без перекрытий и пропусков участков, могут быть использованы только три геометрические фигуры: треугольник, квадрат и шестиугольник. Наиболее подходящей фигурой является шестиугольник, так как, если антенну базовой радиостанции 87. k (k = 1,2,...,K) установить в его центре, то круговая форма диаграммы направленности будет покрывать почти всю его площадь. Все микрозоны (соты) связаны соединительными линиями с центральной радиостанцией 86. В качестве соединительных линий могут использоваться кабели и радиорелейные линии. Центральная радиостанция 86 соединена с автоматической телефонной сетью (АТС), а через нее и с диспетчерским геодезическим пунктом 1. Расчет и практика использования сотовых систем связи показывают, что радиусы зон ячеек могут быть в пределах от 2 до 10 км.

В качестве системы приема и передачи информации может использоваться и спутниковая система связи. При этом искусственные спутники Земли могут размещаться на низких или высоких (геостационарных) орбитах (фиг. 8).

Следовательно, в состав предлагаемой системы входят космический сегмент, состоящий из 24 KA, сеть наземных станций наблюдения за их работой и приемники GPS, установленные на диспетчерском геодезическом пункте 1 и на погрузчиках 5. i (i = 1,2,...,n) и трейлерах 6.j (j = 1,2,...,m). Приемники GPS позволяют определять координаты погрузчиков (трейлеров) (ширину и долготу), скорость их движения и точное время.

Каждый GPS-спутник излучает на двух частотах (f₁=1575 МГц и f₂=12,275 МГц) специальный навигационный сигнал в виде бинарного фазоманипулированного (ФМн) сигнала, манипулированного по фазе псевдослучайной последовательностью. В сигнале зашифровываются два вида кода. Один из них - код C/A доступен широкому кругу гражданских потребителей, в том числе и предлагаемой системе. Он позволяет получать лишь приблизительную оценку местоположения погрузчиков (трейлеров), поэтому называется "Грубым" кодом. Передача код C/A осуществляется на частоте ₁=1575 МГц с использованием фазовой манипуляции псевдослучайной последовательностью длинной 1023 символа. Защита от ошибок обеспечивается с помощью кода Гоулда. Период повторения C/A-кода - 1 мс. Тактовая частота - 1,023 МГц.

Другой код - P обеспечивает более точное вычисление координат, но пользоваться им способны не все; доступ к нему ограничивается провайдером услуг GPS.

Компьютерная система управления портовым контейнерным терминалом функционирует следующим образом.

С целью передачи необходимой информации на избранный погрузчик 5.i (i = 1,2, ...,n) и/или трейлер 6.j (j = 1,2,...,m) на диспетчерском геодезическом пункте 1 с помощью компьютера 9 включается задающий генератор 10, который формирует высокочастотный сигнал (фиг. 5, а) u_c(t) = U_c•cos(2πf_ct+Φ_c), 0 ≅t≅T_c, где U_c, f_c Φ_c, T_c - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность сигнала.

Данный сигнал с выхода задающего генератора 10 поступает на первый вход фазового манипулятора 12, на второй вход которого подается модулирующий код M₁(t) (фиг. 5, б) с выхода источника 11 дискретных сообщений. На выходе фазового манипулятора 12 образуется фазоманипулированный (ФМн) сигнал (фиг. 5, в).

u₁(t) = U_c•cos[2πf_ct+Φ_K1(t)+Φ_c], 0≅t≅T_c, где Φ_к1(t) = {0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M₁(t), причем Φ_к1(t) = const при Kτ_Э<t<(к+1)τ_Э и может изменяться скачком при t = Kτ_Э, т. е. на границах между элементарными посылками (к = 1, 2,...,N-1); τ_Э, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью T_c (T_c = τ_Э •N).

Этот сигнал поступает на первый вход амплитудного модулятора 14, на второй вход которого подается модулирующая функция m₁(t) (фиг. 5, г) с выхода источника аналоговых сообщений. На выходе амплитудного модулятора 14 образуется сложный сигнал с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией (ФМн- АМ) (фиг. 5, д) U₂(t) = U_C•cos[1+m₁(t)]•cos[2πf_ct+Φ_K1(t)+Φ_c], 0≅t≅T_c, где m₁(t) -модулирующая функция, отображающая закон амплитудной модуляции.

Работа источников дискретных 11 и аналоговых 13 сообщений синхронизируется компьютером 9.

Сформированный сигнал U₂(t) поступает на первый вход смесителя 16, на второй вход которого подается напряжение первого гетеродина 15 u_г1(t) = U_г1•cos(2πf_г1t+Φ_г1).
На выходе смесителя 16 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 18 выделяется напряжение суммарной частоты (фиг. 5, е)

0≅t≅T_c,
где U_пр11/2K₁•U_с•U_г1;
K₁ - коэффициент передачи смесителя;
f_пр1=f₁=f_c+f_г1 - первая промежуточная частота;
Φ_пр1= Φ_c+Φ_г1,
которое усиливается в усилителе 19 мощности и излучается через дуплексер 20 и приемо-передающую антенну 21 в направлении портового контейнерного терминала.

Напряжение U_пр1(t) принимается антенной 50, усиливается усилителем 51 мощности и поступает на первый вход смесителя 52, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 46
U_г1(t) = nU_г1•cos(2πf_г1t+Φ_г1).
На выходе смесителя 52 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 53 выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частоты (фиг. 5, д).

0≅t≅T_c,
где U_пр2 = 1/2K₁•U_пр1•U_г1;
f_пр2=f_пр1-f_г1 - вторая промежуточная частота;
Φ_пр2= Φ_пр1-Φ_г1.
Это напряжение поступает на вход усилителя-ограничителя 54, на выходе которого образуется напряжение (фиг. 5, ж)
U₃(t) = U₀•cos[2πf_пр2t+Φ_к1(t)+Φ_пр2],
0≅t≅T_c,
где U_о - порог ограничения усилителя-ограничителя,
которое представляет собой ФМн-сигнал и поступает на опорный вход синхронного детектора 55 в качестве опорного напряжения. На информационный вход синхронного детектора 55 поступает напряжение U_пр2(t) с выхода усилителя 53 второй промежуточной частоты. На выходе синхронного детектора 55 образуется низкочастотное напряжение (фиг. 5, з)
U_н1(t)=U_н1[1+m₁(t)],
где U_н1=1/2K₂•U_пр2•U_о;
K₂ - коэффициент передачи синхронного детектора,
пропорциональное модулирующей функции m₁(t). Это напряжение поступает в микропроцессор 40.

Напряжение U₃(t) (фиг. 5, ж) с выхода усилителя-ограничителя 54 одновременно поступает на первый вход перемножителя 56, на второй вход которого подается напряжение U_г1(t) с выхода гетеродина 46. На выходе перемножителя 56 образуется напряжение (фиг. 5, и)
U₄(t) = U₄•cos[2πf_г2t+Φ_к1(t)+Φ_г2],
0≅t≅T_c,
где U₄ =1/2K₃•U_о•U_г1;
K₃ - коэффициент передачи перемножителя;
f_г2=f_пр2+f_г1;
Φ_г2= Φ_пр2+Φ_г1,
которое представляет собой ФМн-сигнал на частоте f_г2 гетеродина 44. Это напряжение выделяется полосовым фильтром 57 и поступает на первый вход фазового детектора 58, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 44.

U_г2(t) = U_г2•cos(2πf_г2t+Φ_г2).
На выходе фазового детектора 58 образуется низкочастотное напряжение (фиг. 5, к)
U_н2(t) = U_н2•cosΦ_к1(t),
где U_н2=1/2K₄•U₄•U_г2;
K₄ - коэффициент передачи фазового детектора,
пропорциональное модулирующему коду M₁(t) (фиг. 5, б). Это напряжение поступает в микропроцессор 40.

Следовательно, в дискретных и аналоговых сообщениях, передаваемых с диспетчерского геодезического пункта 1 на выбранный погрузчик и/или трейлер, содержится вся необходимая информация водителю и/или водителям о номерах контейнеров, их местоположении, порядке действий и т.п.

Скорость обновления навигационных данных - 1 с. Время обнаружения зависит от числа одновременно наблюдаемых спутников и режима определения местоположения погрузчика (трейлера).

Определение навигационных параметров может производиться в "двух режимах - 2Д (двумерном) и 3Д (пространственном). В режиме 2Д устанавливаются широта и долгота (высота считается известной в предлагаемом варианте). Для этого достаточно присутствия в зоне радиовидимости трех спутников. Точность определения местоположения погрузчика (трейлера) - 15-20 м.

Один из основных методов повышения точности определения местонахождения погрузчика (трейлера) и устранения ошибок, связанных с введением режима селективного доступа, основан на применении известного в радионавигации принципа дифференциальных навигационных измерений.

Дифференциальный режим позволяет установить координаты погрузчика (трейлера) с точностью до 5 м в динамической навигационной обстановке и до 2 м в стационарных условиях. Дифференциальный режим реализуется с помощью приемника 32 GPS, размещенного на диспетчерском геодезическом пункте 1. Приемник 32 GPS является многоканальным, каждый канал отслеживает один видимый спутник. Необходимость непрерывного отслеживания каждого KA обусловлена тем, что указанный приемник должен "захватывать" навигационные сообщения раньше, чем приемники погрузчиков (трейлеров). Сравнивая известные координаты, полученные в результате прецизионной геодезической съемки, с измеренными, прибор 33 вырабатывает дифференциальные поправки, которые передаются погрузчикам (трейлерам) по радиоканалу с помощью задающего генератора 34, фазового манипулятора 35, усилителя мощности 36 и передающей антенны 37 в заранее оговоренном формате.

Аппаратура погрузчика (трейлера) включает в себя первый приемник, который и позволяет получать дифференциальные поправки с диспетчерского геодезического пункта 1. Поправки, принятые с пункта 1, автоматически вносятся в результаты собственных измерений вторым приемником погрузчика (трейлера).

Для каждого KA, сигналы которого поступают на приемную антенну 64, поправка, полученная от пункта 1, складывается с результатом измерения псевдодальности. Вычисленная поправка ΔΣ определяется в виде
ΔΣ = Δ₁+Δ₂(t-Δt),
где Δ₁ - поправка псевдодальности, передаваемая в сообщении;
Δ₂ - поправка псевдоскорости (скорости изменения поправки), передаваемая в сообщении;
t - время измерения приемником погрузчика (трейлера);
Δt - временная привязка поправки.

Для точного определения местоположения погрузчиков и трейлеров на диспетчерском геодезическом пункте 1 используется передающая радиостанция, состоящая из приемной антенны 31, приемника 32 GPS, прибора 33 дифференциальных поправок, задающего генератора 35, усилителя 36 мощности и передающей антенны 37.

Высокочастотный сигнал (фиг. 6, a)
u_C1(t) = U_c1•cos(2πf_c1t+Φ_c1),
0≅t≅T_c
с выхода задающего генератора 34 поступает на первый вход фазового манипулятора 35, на второй вход которого с выхода прибора 33 дифференциальных поправок поступает модулирующий код M₂(t) (фиг. 6, б), содержащий соответствующие поправки к определению местоположения выбранного погрузчика и/или трейлера. На выходе фазового манипулятора 35 образуется ФМн - сигнал (фиг. 6, в)
U₅(t) = U₅•cos[2πf_c1t+Φ_к5(t)+Φ_c1],
0≅t≅T_c,
который после усиления в усилителе 36 мощности с помощью передающей антенны 37 излучается в направлении портового контейнерного терминала.

Данный сигнал принимается приемной антенной 59 и через усилитель 60 высокой частоты поступает на два входа фазового детектора 62 непосредственно и через линию задержки 61, время задержки τ_з которой выбирается равной длительности τ_з элементарных посылок (фиг. 6, г)

0≅t≅T_c.

На выходе фазового детектора 62 образуется низкочастотное напряжение (фиг. 6, д)
u_Н3(t) = U_Н3•cosΦ_К5(t),
где U_н3 = 1/2K₄•U_c1²,
которое поступает на первый вход блока 63 определения местоположения погрузчика (трейлера).

Для точного определения местоположения погрузчика (трейлера) используется и второй приемник, размещенный на его борту, который последовательно захватывает и обрабатывает C/A-сигналы спутниковой системы "Навстар" ("Глонасс"). При этом данный приемник попеременно использует два основных режима работы - приема информации и навигационный. В навигационном режиме каждую секунду уточняется местоположение и выдаются основные навигационные данные. В режиме приема информации принимаются данные эфемерид и поправок времени, необходимые для навигационного режима, и производятся более редкие (через одну минуту) навигационные измерения.

Принятые сигналы после усиления и преобразования подвергаются корреляционной обработке совместно с опорным C/A-кодом выбранного спутника. В системах слежения за несущей и задержкой используется один коррелятор 75, работающий в полосе модулирующих частот. Применение коррелятора с широкой полосой видеочастот позволяет обойтись без кварцевого фильтра на промежуточной частоте. Схема слежения за несущей может работать как схема частотной автоподстройки (АПЧ) или как схема фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ). Для захвата сигнала, слежения и измерения в навигационном режиме используется схема с АПЧ. В режиме приема информации используется когерентный прием и работает ФАПЧ.

Микропроцессор 40 выполняет две основных функции; обслуживает второй приемник и производит навигационные расчеты. Первая заключается в выборе рабочего созвездия спутников, вычисления данных целеуказания, хранения оценок фазы кода и несущей, синхронизации по битам, кадрам и управлении работой второго приемника, например переключении из режима приема информации в навигационный режим и обратно или переключении от схемы АПЧ к схеме ФАПЧ и обратно и т.д. Вторая функция микропроцессора 40 состоит в расчете эфемерид, определении координат местоположения погрузчика (трейлера) и выдаче для отображения на дисплей, который входит в состав блока 63 определения местоположения погрузчика (трейлера).

Перед началом работы в аппаратуру вводятся приближенные данные о местоположении и времени. Затем микропроцессор 40 производит выбор рабочего созвездия из пяти спутников, выдает адреса C/A-кодов этих спутников и рассчитывает доплеровский сдвиг частоты сигнала каждого спутника. Далее приемник последовательно осуществляет поиск сигналов спутников с помощью опорного генератора 65, генератора 66 управляющего напряжения, синтезатора 67, смесителя 68 и усилителя 69 промежуточной частоты, а также их захват, работая с ними по одной минуте. При этом для каждого сигнала сначала производится захват C/A-кода, частоты и фазы несущей, а после синхронизации по битам и кадрам - выделение и запоминание навигационного сообщения спутника. Фаза кода, частота и фаза несущей каждого спутника также запоминаются, чтобы облегчить повторный захват сигнала при работе в последующем навигационном режиме.

За режимом приема информации следует переходной режим, когда время работы с каждым из пяти спутников постепенно уменьшается: сначала до 6,8, потом до 1,4 и, наконец, до 1,2 с. Длительность переходного режима примерно 35 с. После этого второй приемник входит в навигационный режим, выполняя каждую секунду измерения навигационных параметров сигналов пяти спутников (0,2 с работы с одним спутником). В этом режиме обновление координат местоположения также производится каждую секунду. Относительно быстрый переход от одного спутника к другому уменьшает влияние ухода датчика времени на погрешность определения квазидальности с помощью измерителя 72. Заданная точность обеспечивается при пониженной стабильности частоты опорного генератора 65 и при пониженных требованиях к генератору 66 управляющего напряжения, что позволяет упростить приемник. Общее время до первого навигационного определения с момента включения оператором (водителем) аппаратуры составляет около 3 мин.

Приемник работает в навигационном режиме до тех пор, пока геометрия расположения спутников остается удовлетворительной или пока не устарели эфемериды. Для обновления эфемерид навигационный режим прерывается и приемник вводится в повторный режим приема информации.

Несущая частота C/A-сигнала f₃ = 1540 F₀ преобразуется в промежуточную 70 F₀ с использованием частоты гетеродина 1470 F₀ от умножителя частоты генератора 66 управляющего напряжения на 21, где F₀ = 1023 кГц. Сигналы генератора 66 управляющего напряжения непосредственно используются без дальнейшего преобразования в качестве опорного колебания для работы коррелятора 75. Просачивание сигнала генератора 66 на вход коррелятора 75 ослабляется на 25 дБ операцией перемножения сигнала усилителя 69 промежуточной частоты на C/A-код в перемножителе 73. Умножитель на 21 построен по схеме ФАПЧ.

Схемы слежения за несущей и задержкой, имея один общий коррелятор 75, являются взаимозависимыми. Оценка доплеровского сдвига поступает на устройство 70 сдвига фазы тактовых импульсов кода, при этом сохраняется когерентность частоты следования элементарных посылок кода и несущей опорного сигнала.

Схема слежения за задержкой представляет собой некогерентную петлю слежения с τ-качанием и состоит из дискриминатора 77, фильтра 82 и устройства 70 сдвига фазы тактовых импульсов кода. В отличие от обычного способа качания опорного кода в данной схеме приемника выбрано меньшее значение сдвига, равное ±0,3 длительности τ_Э элемента кода. Это уменьшает потери мощности восстанавливаемой несущей из-за качания кода, а демодулированный сигнал оказывается нечувствительным к "дрожанию" кода в контуре системы слежения за задержкой, как это бывает в обычных традиционных схемах. Устройство 70 сдвига фазы тактовых импульсов кода выполнен в виде счетчика импульсов с тактовой частотой, равной частоте генератора 66 управляющего напряжения. Коэффициент деления счетчика увеличивается или уменьшается под действием управляющего сигнала ошибки контура системы слежения за задержкой. Этот же счетчик вырабатывает тактовые сигналы опережения и запаздывания для τ-качания.

Захват кода происходит в следующем порядке.

После установки несущей генератором 66 управляющего напряжения в пределах корреляционной полосы 3 КГц априорная оценка частоты посылок кода оказывается лучше интервала ±2 Гц. Затем контур системы слежения за задержкой размыкается и фаза кода изменяется со скоростью 150 эл/с до тех пор, пока детектор 79 захвата кода не обнаружит сигнала. После этого контур системы слежения за задержкой вновь замыкается и начинается слежение. В навигационном режиме система слежения за задержкой задерживается на каждом из отслеживаемых спутников по 0,2 с. Фаза кода запоминается в конце каждого периода обращения к данному спутнику. Состояние (фаза) каждого кода нумеруется от эпохи этого кода с помощью счетчика до 1023. Считывание с него и передача в микропроцессор 40 производится в конце интервала обращения к спутнику.

Для получения квазидальности в навигационном режиме измеряется с помощью измерителя 72 время прохода сигнала от каждого спутника рабочего созвездия относительно шкалы местного опорного времени.

Кадровая синхронизация осуществляется опознаванием 8-разрядной преамбулы в навигационном сообщении спутника.

Коды номера погрузчика (трейлера) и его состояния вместе с информацией о местоположении и текущем времени передаются в диспетчерский геодезический пункт 1. Для этого используются датчик 38 номера погрузчика (трейлера), датчик 39 погрузки-разгрузки (состояния погрузчика), блок 63 определения местоположения погрузчика (трейлера), микропроцессор 40, задающий генератор 41, фазовый манипулятор 42 и амплитудный модулятор 43. На выходе последнего образуется сигнал с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией (ФМн-АМ)
u₇(t) = U₇•[1+m₂(t)]•cos[2πf_ct+Φ_К7(t)+Φ_c],
0≅t≅T_c,
который поступает на первый вход смесителя 45, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 44
u_г2(t) = U_г2•cos(2πf_г2t+Φ_г2).
На входе смесителя 45 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 47 выделяется напряжение разностной (третьей промежуточной) частоты:

0≅t≅T_c,
где U_пр3 = 1/2K₁•U₇•U_г2;
f_пр3=f_г2-f_c - третья промежуточная частота;
Φ_пр3= Φ_г2-Φ_c;
f_пр3=f₂;
которое усиливается в усилителе 48 мощности и излучается через дуплексер 49 и приемо-передающую антенну 50 в направлении диспетчерского геодезического пункта 1.

Напряжение U_пр3(t) принимается антенной 21, усиливается усилителем 22 мощности и поступает на первый вход смесителя 23, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 17
u_г2(t) = U_г2•cos(2πf_г2t+Φ_г2).
На выходе смесителя 24 образуется напряжение комбинационных частот. Усилителем 24 выделяется напряжение второй промежуточной частоты

0≅t≅T_c,
где U_пр4=1/2K₁•U_пр3•U_г2;
f_пр2=f_г2-f_пр3 - вторая промежуточная частота;
Φ_пр4= Φ_г2-Φ_пр3.
Это напряжение поступает на вход усилителя-ограничителя 25, на выходе которого образуется напряжение
u₈(t) = U₀•cos[2πf_пр2t+Φ_К7(t)+Φ_пр4],
0≅t≅T_c,
которое поступает на опорный вход синхронного детектора 26 в качестве опорного напряжение. На информационный вход синхронного детектора 26 подается напряжение U_пр4(t) с выхода усилителя 24 второй промежуточной частоты. На выходе синхронного детектора 26 образуется низкочастотное напряжение
U_н4(t)=U_н4[l+m₂(t)],
где U_н4=1/2K₂•U_пр4•U₀,
пропорциональное модулирующей функции m₂(t). Это напряжение поступает в компьютер 9 и затем может регистрироваться блоком 30 регистрации.

Напряжение U₈(t) с выхода усилителя-ограничителя 25 одновременно поступает на первый вход перемножителя 27, на второй вход которого подается напряжение U_г2(t) с выхода гетеродина 17. На выходе перемножителя 27 образуется напряжение
u₉(t) = U₉•cos[2πf_г1t+Φ_К7(t)+Φ_к1],
0≅t≅T_c
где U₉=1/2K₃•U₀•U_г2;
f_г1=f_г2-f_пр2=f_пр1-f_пр2=f_пр3;
Φ_г1= Φ_г2-Φ_пр2,
которое выделяется полосовым фильтром 28 и поступает на первый вход фазового детектора, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 15
u_г1(t) = U_г1•cos(2πf_г1t+Φ_г1).
На выходе фазового детектора 29 образуется низкочастотное напряжение
u_H5(t) = U_H5•cosΦ_K7(t),
где U_н5 = 1/2K₄•U₉•U_г1,
пропорциональное модулирующему коду M₂(t). Это напряжение поступает в компьютер 9, а затем может регистрироваться блоком 30 регистрации. В качестве блока 30 регистрации может использоваться монитор компьютера с отображением электронной карты местности портового терминала, города, Северо-Западного региона и т.д. На указанную карту выводится информация о местонахождении и перемещении контейнеров. При этом погрузчики 5.i (i = 1,2,.. .,n) используются для разгрузки и погрузки контейнеров с объекта 2 разгрузки (погрузки) (например, судно) на склады 3 и таможенную зону отгрузки 4, а трейлеры 6. j (j = 1,2,...,m) для перемещения контейнеров к устройствам 7.l (l = 1,2,...,L) для управления робототехнологическими комплексами.

Описанная выше работа предлагаемой системы соответствует случаю, когда диспетчерский геодезический пункт 1 находится на незначительном расстоянии от портового контейнерного терминала. При этом данная система контролирует перемещение контейнеров с различным грузом от судна, на котором они прибыли в морской порт, до робототехнологических комплексов.

При организации региональных или международных перевозок, доставке контейнеров на удаленные на большие расстояния робототехнологические комплексы в системе используется система 8 приема и передачи информации, в качестве которой могут применяться радиотелефонная система общего пользования с сотовой структурой и спутниковая система связи.

При использовании радиотелефонной системы общего пользования с сотовой структурой (фиг. 7) информация с диспетчерского пункта 1 по телефонной сети поступает на центральную радиостанцию 86, а затем по соединительной линии на базовую радиостанцию 87.k. (k = 1,2,...,K) той микрозоны (соты), где находится вызываемый погрузчик 5.i (i = 1, 2,...,n) или трейлер 6j (j = 1,2,..., m). Базовая радиостанция излучает сигнал, содержащий необходимую информацию, который принимается приемником дуплексной радиостанции размещенной на погрузчике (трейлере). Погрузчик указанной радиостанции излучает сигнал, содержащий ответную информацию, который принимается базовой радиостанцией той микрозоны (соты), где появляется или находится погрузчик (трейлер). От базовой радиостанции данный сигнал поступает на центральную радиостанцию, а затем через АТС на диспетчерский геодезический пункт, где фиксируются номер погрузчика (трейлера), передаваемая информация и географические координаты его местоположения.

В качестве системы приема и передачи информации может использоваться спутниковая система связи.

На фиг. 8 представлена геометрическая схема расположения геостационарного ИСЗ-ретранслятора S и двух наземных пунктов A и B. При этом диаграмма направленности бортовой антенны геостационарного ИЗС - ретранслятора S выбирается так, чтобы ретранслированный сигнал мог быть принят в обоих пунктах A и B. На наземном пункте A может располагаться диспетчерский геодезический пункт, а на пункте В портовый контейнерный терминал или трейлеры, перевозящие контейнеры с различным грузом.

Для контроля за местоположением погрузчиков (трейлеров) и их перемещением на диспетчерском геодезическом пункте 1 используются электронные карты портового терминала и той территории, по которой будут доставляться контейнеры до роботехнологических комплексов. Нанесенная на электронные карты информация (пометки на карте или присоединенная информация из прикладных баз данных) мгновенно передается диспетчеру вместе с оперативными данными о погрузчике (трейлере).

Таким образом, предлагаемая система обеспечивает повышение оперативности и точности определения местоположения контейнеров в процессе их транспортирования (точность 20-100 м) и складирования (точность 1-5 м).

Это позволяет автоматизировать оперативное управление всеми операциями с контейнерами и грузами, снизить стоимость их обработки на территории контейнерного терминала и получить точную оперативную информацию о текущей обстановке. Кроме того, данная система позволяет:
- оперативно планировать работу, используя текущую информацию об обстановке на контейнерном терминале;
- свести до минимума ручные операции при планировании работ (составление планов погрузки, карго-планов, выдача заданий на радиотерминалы и электронные табло);
- оптимизировать работу погрузочной техники за счет использования диалогового режима при выдаче команд, точной информации о местоположении погрузчиков, оптимизации размещения контейнеров и минимизации перемещений порожних трейлеров;
- сократить время простоя трейлеров, автомашин, судов, железнодорожных составов благодаря планированию работы персонала и погрузочной техники и информации о текущем расположении контейнеров;
- протоколировать время начала, окончания и выполнения операции каждым работником терминала;
- фиксировать и уведомлять менеджера об отклонениях движения погрузчиков от намеченной траектории, т.е. фактах выхода погрузчика за пределы рабочей зоны, неоправданно долгих простоях погрузчика в какой-либо зоне;
- фиксировать достижение трейлером определенной зоны терминала и, следовательно, сокращать простои трейлеров в очередях.

Формула изобретения

1. Компьютерная система управления портовым контейнерным терминалом, содержащая диспетчерский геодезический пункт, на котором установлены приемник GPS с антенной, предназначенный для приема навигационного сигнала, используемого для вычисления дифференциальных поправок, и передающая радиостанция, предназначенная для передачи дифференциальных поправок на погрузчики и трейлеры, на каждом погрузчике и трейлере установлены первый приемник с антенной, предназначенный для получения дифференциальных поправок с диспетчерского геодезического пункта, и второй приемник с антенной, предназначенный для приема навигационного сигнала, используемого для вычисления дифференциальных поправок, отличающаяся тем, что она снабжена дуплексными радиостанциями, размещенными на диспетчерском геодезическом пункте и на каждом погрузчике и трейлере, и системой приема и передачи информации, причем между диспетчерским геодезическим пунктом и каждым погрузчиком и трейлером установлены пейджинговая и двусторонняя радиосвязи непосредственно и/или через систему приема и передачи информации.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что дуплексная радиостанция, размещенная на диспетчерском геодезическом пункте, содержит последовательно включенные компьютер, первый задающий генератор, первый фазовый манипулятор, второй вход которого через источник дискретного сообщения соединен с компьютером, первый амплитудный манипулятор, второй вход которого через источник аналогового сообщения соединен с компьютером, первый смеситель, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, первый усилитель первой промежуточной частоты, первый усилитель мощности, первый дуплексер и первую приемопередающую антенну, последовательно подключенные к выходу первого дуплексера второй усилитель мощности, второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, первый усилитель второй промежуточной частоты, первый усилитель-ограничитель, первый синхронный детектор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя второй промежуточной частоты, компьютер и блок регистрации, последовательно подключенные к выходу первого усилителя-ограничителя первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, первый полосовой фильтр и первый фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, а выход подключен к компьютеру.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что передающая радиостанция содержит последовательно включенные задающий генератор, второй фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с прибором дифференциальных поправок, подключенным к выходу приемника GPS с антенной, третий усилитель мощности и передающую антенну.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что дуплексная радиостанция, размещенная на каждом погрузчике и трейлере, содержит последовательно включенные микропроцессор, к которому подключены датчик номера погрузчика или трейлера и датчик погрузки-разгрузки погрузчика или трейлера, третий задающий генератор, третий фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с микропроцессором, второй амплитудный модулятор, второй вход которого соединен с микропроцессором, третий смеситель, второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина, второй усилитель второй промежуточной частоты, четвертый усилитель мощности, второй дуплексер и вторую приемнопередающую антенну, последовательно подключенные к выходу второго дуплексера пятый усилитель мощности, четвертый смеситель, второй вход которого соединен с выходом четвертого гетеродина, второй усилитель первой промежуточной частоты, второй усилитель-ограничитель, второй синхронный детектор, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя первой промежуточной частоты, и микропроцессор, последовательно подключенные к выходу второго усилителя-ограничителя второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом четвертого гетеродина, второй полосовой фильтр и второй фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом третьего гетеродина, а выход подключен к микропроцессору.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что первый приемник, размещенный на каждом погрузчике и трейлере, содержит последовательно включенную вторую приемную антенну, усилитель высокой частоты, линию задержки, третий фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты, и блок определения местоположения погрузчика или трейлера, второй вход и выход которого подключены к микропроцессору дуплексной радиостанции, а его третий вход подключен к второму блоку регистрации второго приемника.

6. Система по п.1, отличающаяся тем, что второй приемник, размещенный на каждом погрузчике и трейлере, содержит последовательно включенные третью приемную антенну, пятый смеситель, второй вход которого через последовательно включенные генератор управляющего напряжения и синтезатор соединен с первым выходом опорного генератора, усилитель промежуточной частоты, второй вход которого соединен с первым выходом дискриминатора системы слежения за задержкой, третий перемножитель, второй вход которого соединен с первым выходом генератора кода, фильтр промежуточной частоты, коррелятор, второй вход которого соединен с выходом генератора управляющего напряжения, дискриминатор системы слежения за задержкой, детектор захвата кода и второй блок регистрации, выход которого подключен к микропроцессору дуплексной радиостанции, последовательно подключенные к выходу коррелятора детектор системы слежения за несущей и детектор захвата несущей, выход которого подключен к второму входу блока регистрации, третий вход которого через фильтр нижних частот соединен с выходом детектора системы слежения за несущей, а четвертый вход через блок битовой синхронизации соединен с выходом детектора системы слежения за несущей, последовательно подключенные к детектору системы слежения за несущей фильтр системы слежения за несущей, второй вход которого подключен к микропроцессору дуплексной радиостанции, и сумматор, второй вход которого подключен к микропроцессору дуплексной радиостанции, а выход подключен к второму входу генератора управляющего напряжения, последовательно подключенные к третьему выходу дискриминатора системы слежения за задержкой устройство сдвига фазы тактовых импульсов кода, второй и третий входы которого соединены с вторым выходом синтезатора и микропроцессором дуплексной радиостанции соответственно, генератор кода и измеритель квазидальности, второй вход которого соединен с вторым выходом опорного генератора, а выход подключен к микропроцессору дуплексной радиостанции.

7. Система по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве системы приема и передачи информации использована радиотелефонная система общего пользования с сотовой структурой.

8. Система по п. 1, отличающаяся тем, что в качестве системы приема и передачи информации использована спутниковая система связи.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8