Система для радиотелефонных сообщений на автомагистралях

Изобретение относится к средствам обеспечения безопасности, защиты и спасения в условиях движения на крупных автомагистралях и на железнодорожных переездах. Система содержит солнечную батарею, представляющую собой набор солнечных параболоидных оптических концентраторов, сфокусированных на арсенид-галлиевые преобразователи, размещенные на тыловой стороне планок. По бокам батареи установлены фотодиоды с отражателями, управляющие сельсинами. Батарея размещена в герметичной коробке, на противоположных стенках которой размещены микрофон и кнопка вызова. Внутри коробки расположены буферная щелочная батарея и радиопередатчик. Штыревая приемно-передающая радиоантенна установлена в верхней части полусферы. Радиоприемник содержит гетеродин, смеситель, усилитель промежуточной частоты, линию задержки, фазовый детектор, блок памяти, блок сравнения кодов, исполнительные блоки, управляющие работой шлагбаумов, звуковой и световой сигнализаторы, сигнальную панель. Вся система закреплена на разделительном барьере автомагистрали в непосредственной близости от железнодорожного переезда. Второй радиопередатчик, установленный на локомотиве, работает на определенной частоте и излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией. В его состав входят микропроцессор, в памяти которого имеются все железнодорожные переезды, генератор высокой частоты, многоотводная линия задержки, фазоинверторы, сумматор, телеграфный ключ, усилитель мощности и передающая антенна. Изобретение позволяет расширить функциональные возможности системы путем предупреждения о приближении поезда к железнодорожному переезду. 4 ил.

 

Предлагаемая система относится к средствам обеспечения безопасности, защиты и спасения человека в условиях движения на крупных автомагистралях и на железнодорожных переездах.

В последнее время на крупных автомагистралях западных стран (США, Германия, Южная Корея) в целях оперативного сообщения о дорожно-транспортном происшествии по обеим сторонам магистрали через каждый километр устанавливаются системы SOS-телефоны прямой радиосвязи с ближайшими пунктами оказания медицинской и технической помощи. Эти системы имеют автономные источники питания и постоянно настроены на волну соответствующего пункта.

Чаще всего имеются автономные системы с солнечными источниками энергии (фиг.1) и иногда с системой их ориентации на Солнце.

Система устанавливается в непосредственной близости от магистрали на бетонном столбе 1 высотой 12-15 метров, в верхней части которого расположена постоянно закрепленная солнечная кремниевая батарея 2 площадью 0,12 м и максимальной электрической мощностью в полдень около 10 Вт, трехштырьковая радиоантенна 3 и герметичная коробка с микрофоном и кнопкой вызова, внутри которой расположена буферная щелочная аккумуляторная батарея, подзаряжающаяся от солнечной батареи для работы в ночное время, и радиопередатчик. Солнечная батарея постоянно направлена на Юг под углом 30° к горизонту.

Недостатками такой системы являются:

- дороговизна, связанная с использованием высоких бетонных столбов для предотвращения хищения солнечной батареи;

- недостаточная эффективность в пасмурные дни и малый КПД в неориентированном на солнце положений солнечной батареи;

Известны также SOS-системы для автомагистралей (патенты РФ №№2.090.777, 2.183.351; патенты США №№4.753.895, 4.816.893, и другие).

Известны системы и устройства для автоматического ограждения железнодорожного переезда и переездной сигнализации (авт. свид. СССР №№698821, 1.342.796, 1.386.509, 1.592.206, 1.787.849, 1.796.521, 1.801.849; патенты РФ №№2.137.644, 2.137.645, 2.169.678 и другие).

Однако все они имеют сложное конструктивное выполнение и потребляют большое количество электроэнергии.

Из известных систем наиболее близкой к предлагаемой является «SOS-система для автомагистралей» (патент РФ №2.183.351, G08В 25/12, 2000), которая и выбрана в качестве базовой системы.

Энергопреобразовательная часть системы располагается в герметичном прозрачном корпусе и ориентируется на солнце или наиболее освещенную часть неба с помощью фотодиодов с цилиндрическими отражателями, работающими на принципе равносигнальной зоны, и сельсинных двигателей. Отдельные SOS-системы устанавливаются на разделительном барьере автомагистрали на расстоянии 0,8...1 км друг от друга и имеют доступ для участников движения с обоих полос автомагистрали. Система отличается компактностью, всепогодностью и не требует существенных материальных затрат для реализации. Следует отметить, что любая автомагистраль имеет всегда несколько железнодорожных переездов.

Большое количество железнодорожно-транспортных происшествий с тяжелыми последствиями происходят именно на железнодорожных переездах. Основная их причина - это недостаточное предупреждение о том, что приближается поезд. Несмотря на то, что столкновения случались при разных метеорологических условиях (туман, дождь, снег, солнце), невозможно обвинить человека, который принимал участие в дорожно-транспортном происшествии, за невнимание.

Для решения этой проблемы можно использовать SOS-систему для автомагистралей, монтируемую на железнодорожном переезде.

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей системы путем предупреждения о приближении поезда к железнодорожному переезду.

Поставленная задача решается тем, что SOS-система радиотелефонной связи при аварийных ситуациях на крупных автомагистралях, использующая, в соответствии с ближайшим аналогом, солнечную энергию для электропитания радиопередатчика в дневное и ночное время и состоящая из многоячеистой панели солнечных параболоидных концентраторов, в фокусах которых расположены арсенид-галлиевые фотоприемники, имеющие возможность преобразовывать концентрированную солнечную энергию с КПД до 20% и с удельной мощностью 200 Вт/м², по бокам солнечной батареи установлены фотодиоды в цилиндрических отражателях, имеющие возможность ориентировать батарею на солнце с помощью сельсинов с точностью ±2°, а сама батарея размещается в герметичной прозрачной полусфере, на которой сверху установлена штыревая антенна, соединенная с коробкой, на которой сверху установлена штыревая антенна, соединенная с коробкой, в которой размещены буферная щелочная батарея, радиопередатчик, микрофоны и кнопки вызова, при этом коробки крепятся к разделительному барьеру автомагистрали на расстоянии 0,8-1 км друг от друга, отличается от ближайшего аналога тем, что она снабжена вторым радиопередатчиком, установленным на локомотиве, дуплексером и радиоприемником, установленными в коробке, которая крепится к разделительному барьеру автомагистрали в непосредственной близости от железнодорожного переезда, при этом второй радиопередатчик выполнен в виде последовательно включенных микропроцессора, генератора высокой частоты и многоотводной линии задержки, некоторые отводы которой через фазоинверторы, обеспечивающие на своих выходах поворот фазы на 180°, в соответствии с идентификационным кодом подключены к сумматору, первый вход которого соединен с выходом генератора высокой частоты, а к выходу последовательно подключены телеграфный ключ, второй вход которого соединен с вторым выходом микропроцессора, усилитель мощности и передающая антенна, к выходу первого радиопередатчика последовательно подключены дуплексер, вход-выход которого связан с приемо-передающей антенной, и радиоприемник, состоящий из последовательно подключенных к выходу дуплексера смесителя, второй вход которого соединен с выходом гетеродина, усилителя промежуточной частоты, линии задержки, фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, и блока сравнения кодов, второй вход которого соединен с выходом блока памяти, а выход подключен к первому и второму исполнительным блокам, звуковому и световому сигнализаторам.

Общий вид типичной SOS-системы, устанавливаемой на крупных автомагистралях Южной Кореи, представлен на фиг.1. Общий вид предлагаемой SOS-системы изображен на фиг.2. Структурная схема второго радиопередатчика, устанавливаемого на локомотиве, представлена на фиг.3. Структурная схема радиооборудования, устанавливаемого в коробке на железнодорожном переезде, изображена на фиг.4.

Второй радиопередатчик содержит последовательно включенные микропроцессор 13, генератор 14 высокой частоты и многоотводную линию задержки 15, некоторые отводы которой через фазоинверторы 16j (j=1, ..., m), обеспечивающие на своих выходах поворот фазы на 180° в соответствии с идентификационным кодом M(t), подключены к сумматору 17, первый вход которого соединен с выходом генератора 14 высокой частоты, а к выходу последовательно подключены телеграфный ключ 18, второй вход которого соединен со вторым выходом микропроцессора 13, усилитель 19 мощности и передающая антенна 20.

К выходу первого радиопередатчика 21 последовательно подключены дуплексер 22, вход-выход которого связан с приемо-передающей антенной 11, и радиоприемник 35 состоящий из последовательно подключенных к выходу дуплексера 22 смесителя 24, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 23, усилителя 25 промежуточной частоты, линии 26 задержки, фазового детектора 27, второй вход которого соединен с выходом усилителя 25 промежуточной частоты, и блока 29 сравнения кодов, второй вход которого соединен с выходом блока 28 памяти, а выход подключен к первому 30 и второму 31 исполнительным блокам, звуковому 33 и световому 34 сигнализаторам. Звуковой 33 и световой 34 сигнализаторы размещаются на сигнальной панели 32, которая устанавливается на железнодорожном переезде так, чтобы приближающийся участник движения мог в любое время заметить ее перед въездом на железнодорожные пути.

Солнечная батарея 1 представляет собой набор солнечных параболоидных оптических концентраторов 2, сфокусированных на арсенид-галиевые преобразователи, размещенные на тыловой стороне планок 3. Для азимутально-зенитальной ориентации по бокам батареи установлены фотодиоды 4 с отражателями 5, управляющие сельсинами 6.

Батарея установлена в герметичном прозрачном полусферическом колпаке 7 на герметичной коробке 8, внутри которой расположены буферная щелочная батарея, радиопередатчик 21, дуплексер 22 и радиоприемник 35, а на противоположных стенах коробки размещены микрофоны 9 и кнопки вызова 10. Штыревая приемно-передающая радиоантенна 11 установлена в верхней части полусферы, а вся система закреплена на разделительном барьере 12 автомагистрали в непосредственной близости от железнодорожного переезда.

Система работает следующим образом.

При возникновении дорожно-транспортного происшествия его участники нажимают кнопку 10 и через микрофон 9 сообщают в дежурную часть о подробностях случившегося.

В течение дня солнечную батарею ориентируют на солнце (или на наиболее освещенную часть неба) при помощи фотодиодов 4 с отражателями 5, которые на основе достижения равносигнальной зоны управляют сельсинами 6. При этом подзаряжают буферную батарею для работы в ночное время.

При приближении локомотива к железнодорожному переезду на расстоянии R1 микропроцессор 13 включает радиопередатчик и генератор 14 высокой частоты, который формирует радиоимпульс

u_c(t)=U_ccos(ω_ct+ϕ_c), 0≤t≤τ_и,

где U_с, ω_с, ϕ_с, τ_и - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность радиоимпульса.

Сформированный импульс с выхода генератора 14 высокой частоты поступает на первый вход сумматора 17 и на вход многоотводной линии задержки 15.i (i=1, 2, ..., n). В многоотводной линии задержки 15.i время задержки между ближайшими соседними отводами равно длительности радиоимпульса (τ_i=τ_и, i=1, 2, ..., n). В некоторых отводах линии задержки включены фазоин-верторы 16·j (j=1, 2, ..., m), обеспечивающие на своих выходах поворот фазы на 180° в соответствии с идентификационным кодом M(t). На выходе сумматора 17 образуется сложный фазоманипулированный (ФМн) радиосигнал в виде алгебраической суммы радиоимпульсов со всех отводов линии задержки 15.i (i=1, 2, ..., n) и с выхода генератора 14 высокой частоты

u₁(t)=U_ccos[ω_ct+ϕ_k(t)+ϕ_c], 0≤t≤T_c,

где ϕ_k(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t), причем ϕ_k(t)=const при kτ_и<t<(k+1)τ_и и может изменяться скачком при t=kτ_и, т.е. на границах между элементарными посылками (радиоимпульсами) (к=1, ..., n);

τ_и, n - длительность и количество элементарных радиоимпульсов, из которых составлен сигнал длительностью Т_с (Т_c=τ_иn).

Данный радиосигнал с выхода сумматора 17 через телеграфный ключ 18 и усилитель 19 мощности поступает в передающую антенну 20, излучается ею в эфир, улавливается приемо-передающей антенной 11 и через дуплексер 22 поступает на первый вход смесителя 24, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 23.

u_г(t)=U_гcos(ω_гt+ϕ_г).

На выходе смесителя 24 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 25 выделяется напряжение промежуточной (разностной) частоты

u_пр(t)=U_прcos[ω_прt+ϕ_k(t)+ϕ_пр], 0≤t≤T_c,

где ;

K₁ - коэффициент передачи смесителя;

ω_пр=ω_c-ω_г - промежуточная частота;

ϕ_пр=ϕ_с-ϕ_г,

которое поступает на первый вход фазового детектора 27 непосредственно и на второй вход фазового детектора 27 через линию задержки 26, время задержки τ_з которой выбирается равным длительности τ_и радиоимпульса (τ_з=τ_и).

В фазовом детекторе 27 сравнивается фаза предыдущего радиоимпульса с фазой последующего радиоимпульса. Если указанные радиоимпульсы имеют одинаковые фазы, то формируется положительный видеоимпульс. Если указанные радиоимпульсы имеют разные фазы, то формируется отрицательный видеоимпульс. На выходе фазового детектора 27 формируется низкочастотное напряжение

u_н(t)=U_нcosϕ_k(t),

где ;

К₂ - коэффициент передачи фазового детектора,

пропорциональное модулирующему коду M(t). Это напряжение поступает на первый вход блока 29 сравнения кодов, на второй вход которого подается модулирующий код M(t), заранее записанный в блок 28 памяти. Так как на два входа блока 29 сравнения кодов поступают идентичные коды, то на его выходе формируется постоянное управляющее напряжение, которое поступает на управляющие входы двух исполнительных блоков 30 и 31, звукового 33 и светового 34 сигнализаторов.

Исполнительные блоки 30 и 31 срабатывают и обеспечивают опускание двух шлагбаумов, препятствующих с двух сторон движению транспорта через железнодорожный переезд.

Звуковой 33 и световой 34 сигнализаторы срабатывают и извещают о приближении к железнодорожному переезду локомотива.

Для повышения достоверности приема ФМн-сигнала последний дублируется несколько раз с интервалом, например в 5 секунд. Это обеспечивается микропроцессором 13, который замыкает цепь телеграфного ключа 18 через тот же интервал времени. При этом звуковой 33 и световой 34 сигнализаторы работают в проблесковом режиме с периодом следования Т_сл=5 секунд.

При достижении локомотивом второго рубежа R₂ (критического) микропроцессор 13 замыкает цепь телеграфного ключа 18 накоротко. При замкнутой накоротко цепи телеграфного ключа 18 звуковой 33 и световой 34 сигнализаторы посылают в пространство непрерывные звуковой и световой сигналы.

При проследовании локомотива через железнодорожный переезд шлагбаумы поднимаются, а звуковой 33 и световой 34 сигнализаторы прекращают свою работу.

При приближении локомотива к очередному железнодорожному переезду работа системы происходит аналогичным образом.

Таким образом, предлагаемая система по сравнению с базовой обеспечивает своевременное предупреждение о приближении поезда к железнодорожному переезду. Для предупреждения используется сигнальная панель со звуковой и световой сигнализацией, которая монтируется на железнодорожном переезде так, чтобы приближающийся участник движения мог в любое время заметить ее перед въездом на железнодорожные пути.

На локомотиве устанавливается радиопередатчик, который работает на определенной частоте и излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией. Указанные сигналы обладают энергетической и структурной скрытностью и позволяют использовать структурную селекцию ФМн-сигналов среди других сигналов и помех. Работой радиопередатчика управляет микропроцессор, в памяти которого имеются все железнодорожные переезды.

Предлагаемая система, имеющая автономный источник электрической энергии, может быть смонтирована на любом железнодорожном переезде, независимо от того, где он находится. Можно быть также уверенным, что звуковая и световая сигнализация обязательно сработают при приближении локомотива в любую погоду (туман, дождь, снег, солнце) и, следовательно, предупредят всех участников движения о приближении поезда.

Тем самым функциональные возможности системы расширены.

Система для радиотелефонных сообщений на автомагистралях, использующая солнечную энергию для электропитания радиопередатчика в дневное и ночное время и состоящая из многоячеистой панели солнечных параболоидных концентраторов, в фокусах которых расположены арсенид-галлиевые фотоприемники, имеющие возможность преобразовывать концентрированную солнечную энергию с КПД до 20% и с удельной мощностью 200 Вт/м², по бокам солнечной батареи установлены фотодиоды в цилиндрических отражателях, имеющие возможность ориентировать батарею на солнце с помощью сельсинов с точностью ±2°, а сама батарея размещается в герметичной прозрачной полусфере, на которой сверху установлена штыревая антенна, соединенная с коробкой, в которой размещены буферная щелочная батарея, радиопередатчик, микрофоны и кнопки вызова, при этом коробки крепятся к разделительному барьеру автомагистрали на расстоянии 0,8...1 км друг от друга, отличающаяся тем, что она снабжена вторым радиопередатчиком, установленным на локомотиве, дуплексером и радиоприемником, установленными в коробке, которая крепится к разделительному барьеру автомагистрали в непосредственной близости от железнодорожного переезда, при этом второй радиопередатчик выполнен в виде последовательно включенных микропроцессора, генератора высокой частоты и многоотводной линии задержки, кодовые отводы которой через фазоинверторы, обеспечивающие на своих выходах поворот фазы на 180° в соответствии с идентификационным кодом, подключены к сумматору, первый вход которого соединен с выходом генератора высокой частоты, а к выходу последовательно подключены телеграфный ключ, второй вход которого соединен с вторым выходом микропроцессора, усилитель мощности и передающая антенна, вход-выход дуплексера связан с приемо-передающей антенной, вход дуплексера подключен к выходу первого радиопередатчика, а выход - к входу радиоприемника, состоящего из последовательно подключенных к выходу дуплексера смесителя, второй вход которого соединен с выходом гетеродина, усилителя промежуточной частоты, линии задержки, фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, и блока сравнения кодов, второй вход которого соединен с выходом блока памяти, а выход подключен к первому и второму исполнительным блокам, звуковому и световому сигнализаторам.