авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 ||

Повышение помехоустойчивости передачи информации по рельсовой цепи в системах железнодорожной автоматики и телемеханики

-- [ Страница 2 ] --

Таким образом, сигналы, полученные путем циклической перестановки основного сигнала Баркера, можно отнести к сигналам с характерной АКФ и использовать для кодирования показаний путевых светофоров. К недостаткам полученных сигналов можно отнести их похожую структуру (сильную взаимную коррелированность), поскольку в основе перестановки лежит основной сигнал Баркера. Этот недостаток проявляется в высоких боковых лепестках ВКФ сигналов, полученных путем циклической перестановки 13-и позиционного сигнала Баркера.

На основе анализа для дальнейшего моделирования работы системы были выбраны наименее взаимно коррелированные пары сигналов (четвертая и девятая перестановки, третья и десятая).

Также отмечено, что отличительной чертой ВКФ сигналов, полученных путем циклической перестановки 13-и позиционного сигнала Баркера, является то, что ни один высокий боковой лепесток не приходится на момент окончания длительности сигнала (рисунок 5). Это свойство будет использовано для повышения вероятности обнаружения полезного сигнала при сильной взаимной корреляции сигналов, используемых для кодирования показаний путевого светофора, за счет выделения только главного пика функции корреляции (13-го лепестка), приходящегося на момент окончания полезного сигнала.

  Боковые лепестки ВКФ В-15

Рисунок 5 – Боковые лепестки ВКФ

В третьей главе производится оценка параметров двоичных последовательностей, выбор несущих частот для сформированных фазоманипулированных сигналов. Показано, что длительность посылки прямо пропорциональна частоте заполнения (числу периодов) и обратно пропорциональная частоте несущей T(fнес, m). Результат для разных условий на рисунке 6.

  Зависимость длительности-16

Рисунок 6 – Зависимость длительности двоичных сигналов от частоты несущей и периода заполнения парциальных импульсов

Обосновывается выбор несущей частоты 125 Гц для фазоманипулированных сигналов, при этом на частоте 125 Гц уже будет получен выигрыш по быстродействию относительно АЛСН порядка 20%. Для выбранной частоты произведены расчеты напряжения на питающем конце для обеспечения режима АЛС для различных длин рельсовой линии.

В четвертой главе предлагаются структурные и принципиальные схемы, реализующие предложенный способ передачи информации (систему фазовой автоподстройки частоты СФАПЧ, фазовый манипулятор, кодер). На рисунке 7 представлена функциональная структурная схема, реализующая систему автоматической локомотивной сигнализации на основе предложенного способа передачи информации по рельсовой цепи, определяющая состав ее основных элементов, их функциональное назначение и взаимодействие.

Рисунок 7 – Функциональная структурная схема, реализующая

предложенный способ передачи информации по рельсовой цепи

Для нормального функционирования СФАПЧ на входе устанавливается полосовой фильтр для выделения главного лепестка спектра полезного ФМн сигнала. Включение перед СФАПЧ ограничителя амплитуды, затем узкополосного полосового фильтра образует схему ШОУ (широкая полоса – ограничитель – узкая полоса), которая обеспечивает эффективное подавление импульсных помех. При этом под широкополосным каналом передачи информации принимается рельсовая цепь. Для обеспечения когерентного приема фазоманипулированного сигнала предлагается новая система СФАПЧ, основанная на принципе достижения когерентности частот за счет приема неманипулированной несущей в интервалах между посылками полезного сигнала. От известных схем ее отличает более простая схемная реализация (отсутствие блоков фазовращателей, линий задержки).

В пятой главе производится оценка помехозащищенности предложенного способа передачи информации с помощью имитационного моделирования.

При решении задачи оптимального обнаружения сигнала с заранее известными параметрами необходимо определить количественные характеристики обнаружителя в условиях действия помех:

вероятности правильного принятия сигнала;

вероятности ошибочного принятия решения;

порог обнаружения в условиях действия помех различной мощности.

С учетом требований безопасности, предъявляемых к системам железнодорожной автоматики, в данной диссертационной работе для оценки параметров помехоустойчивости использован критерий Неймана-Пирсона, при котором вероятность ложной тревоги фиксируется, и оптимизация приемника достигается максимизацией правильности обнаружения сигнала D на фоне шума при заданной вероятности ложной тревоги.

В идеальном случае пороговое отношение сигнал/шум по напряжению для обеспечения вероятностей обнаружения близких к единице (0,99 и более) должно быть не менее 7,2 и выше для соответствующих вероятностей ошибки первого рода, то есть уровень сигнала по напряжению в канале должен быть не менее чем в 2,5 раза больше уровня шума. Для количественной оценки параметров помехоустойчивости была разработана имитационная модель, структурная схема которой представлена на рисунке 8.

  Функциональная схема-18

Рисунок 8 – Функциональная схема имитационной модели передачи сигналов АЛС в зашумленном канале

В результате моделирования получены следующие данные:

1. Близкая структура сигналов с характерной АКФ, полученных путем циклической перестановки 13-ти позиционного сигнала Баркера, вызывает ошибки первого рода, которые могут быть устранены, если решающее устройство будет анализировать не все лепестки корреляционной функции, а только 13-ый импульс.

2.Вероятности достоверного обнаружения полезного сигнала при различных порогах решающего устройства и отношении сигнал/шум в канале передачи информации приведены на рисунке 9 и рисунке 10.

  Вероятность достоверного-19

Рисунок 9 – Вероятность достоверного обнаружения основного сигнала

Баркера при выделении 13 лепестка АКФ

а) ВКФ от 4-ой перестановки на СФ для 13-ти импульсного сигнала Баркера; б) ВКФ для 9-ой перестановки на СФ для 13-ти импульсного сигнала Баркера.

Рисунок 10 – Вероятность ложной тревоги от взаимно-коррелированных

сигналов при выделении 13 лепестка АКФ

Полезный сигнал обнаруживается в условиях действия аддитивных помех с вероятностью минимум 0,998 и выше при применении системы ШОУ на входе системы и установлении порога решающего устройства в диапазоне:

от 5 до 10 при отношении сигнал /шум 3 6 дБ;

от 10 до 11 при отношении сигнал /шум 7 дБ и выше;

при отношении сигнал/ шум в рельсовой цепи ниже 3 дБ порог решающего устройства должен быть не выше 5;

по сравнению с традиционной АЛСН с F от 1 0,01 предложенный способ позволяет защитить сигналы и обеспечить при самых плохих условиях влияния ВКФ F от 0,0045 (при сигнал / шум меньше 3дБ) и меньше для порога срабатывания 6, что в десятки раз повышает помехозащищенность предложенного способа передачи по сравнению с АЛСН.

3. Ошибки, вызываемые трансформацией символов, не ухудшают параметры безопасности системы. При условии, что вероятность таких трансформаций мала, общая вероятность возникновения такого события и не обнаружения полезного сигнала является малой величиной порядка 10-4 и меньше.

4. Дополнительная помехозащищенность системы помимо принципа согласованной фильтрации обеспечивается за счет периодической последовательности кодирующих сигналов с хорошей АКФ. При этом загорание огня локомотивного светофора обеспечивается стабильной периодической последовательностью импульсов с выхода решающего устройства, что, в свою очередь, позволяет не реагировать системе на отдельные единичные ошибки типа «ложная тревога» по каждому каналу.

5. Фазовая манипуляция двоичных последовательностей, как наиболее помехоустойчивая, также обеспечивает дополнительную защиту кодовых комбинаций от воздействия помех в канале связи.

Заключение.

1. Разработан способ повышения помехоустойчивости информации, передаваемой по рельсовой цепи, за счет применения согласованной фильтрации сигналов с заранее известной структурой и характерной автокорреляционной функцией, в которой амплитуда главного пика намного превышает амплитуду боковых лепестков.

2. Разработан алгоритм получения сигналов для кодирования показаний путевого светофора на основе циклической перестановки основного 13-ти импульсного сигнала Баркера.

3. Обосновано использование фазовой манипуляции для повышения помехоустойчивости передаваемой информации с выбором несущей в диапазоне свободном от гармоник тягового тока. Использование полосовых фильтров, пропускающих основной лепесток спектра фазоманипулированного сигнала, обеспечивает дополнительную защиту от гармоник тягового тока, а применение системы ШОУ на входе приемника защищает его от воздействия импульсных помех.

5. Разработаны структурные и принципиальные схемы основных функциональных узлов аппаратуры, реализующей предложенный способ повышения помехоустойчивости информации, передаваемой по рельсовой цепи.

6. Разработана имитационная модель для оценки помехоустойчивости предложенного способа. В результате моделирования установлены зависимости вероятности достоверного обнаружения сигнала от порога срабатывания решающего устройства. Показана эффективность предложенного способа по сравнению с АЛСН.

7. Разработан алгоритм повышения достоверности принятия решения, основанный на выделении главного лепестка АКФ в момент окончания действия сигнала на входе решающего устройства и определены величины порога решающего устройства при различных уровнях сигнал/шум в рельсовой линии, обеспечивающие требуемые показатели безопасности.

Основное содержание работы изложено в следующих публикациях.

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК, и патенты:

  1. Паршина Е. В. Обеспечение высокой помехоустойчивости и надежности систем АБ и АЛС [Текст] / А. Н. Михалев, Е. В. Паршина // Транспорт Урала. – 2008. – №4 (19). – С. 70–73.
  2. Паршина Е. В. Синтез двоичных сигналов, обеспечивающих максимально достижимую помехоустойчивость системы АЛС [Текст] / Е. В. Паршина // Транспорт Урала. – 2009. – №2 (21). – С. 36–38.
  3. Паршина Е. В. Способ отображения показаний путевого светофора на локомотивном светофоре и устройство для его осуществления [Текст] / Е. В. Паршина, А. Н. Михалев // Патент на изобретение № 2392150 МПК В61Д 3/24 Заявитель УрГУПС – 2009111768/11; заявл. 30.03.2009; опубл. 20.06.2010, Бюл. №17.

В других изданиях:

  1. Паршина Е.В. Возможность построения высоко помехоустойчивых и надежных систем АБ и АЛС, использующих рельсовый тракт передачи [Текст] / А. Н. Михалев, Е. В. Паршина // Материалы Всероссийской научно-технической конференции «Транспорт, наука, бизнес: проблемы и стратегия развития», посвященной 130-лерию Свердловской ж.д.: Сб. научн. тр. – Екатеринбург: УрГУПС, 2008. – С. 29.
  2. Паршина Е. В. Повышение эффективности и надежности систем АБ и АЛС с передачей сигналов по рельсовому тракту [Текст] / С. В. Бушуев, А. Н. Михалев, Е. В. Паршина // Автоматика и телемеханика на железнодорожном транспорте: Сборник докладов Четвертой Международной научно-практической конференции «ТрансЖАТ-2008». – Ростов н/Д, 2008. – С. 78–81.
  3. Паршина Е. В. Преобразование фазоманипулированных двоичных сигналов к виду удобному для восприятия их согласованными фильтрами [Текст] / Е. В. Паршина, А. Н. Михалев // Материалы V Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития транспортного комплекса», 27-29 февраля 2009 г. Самара: СамГУПС, 2009. – С. 143–146.
  4. Паршина Е. В. Новая система АБ и АЛС с использованием рельсового тракта передачи [Текст] / Е. В. Паршина, А. Н. Михалев // Научные труды международной научно-практической конференции «СВЯЗЬ-ПРОМ 2009» в рамках 6го Международного форума «СВЯЗЬ-ПРОМЭКСПО 2009», посвященного 150-летию со дня рождения изобретателя радио А. С. Попова. – Екатеринбург: УрТИСИ ГОУ ВПО «СибГУТИ», 2009. – C. 194–195.
  5. Паршина Е. В. Принципиальные схемы основных узлов новой системы АБ и АЛС [Текст] / Е. В. Паршина, А. Н. Михалев // Научные труды международной научно-практической конференции «СВЯЗЬ-ПРОМ 2009». – Екатеринбург: УрТИСИ ГОУ ВПО «СибГУТИ», 2009. – C. 196–198.
  6. Паршина Е. В. Фазовый манипулятор системы АБ-АЛС с гираторным звеном [Текст] / Е. В. Паршина, А. Н. Михалев // Молодые ученые – транспорту – 2009: Сб. научн. тр. – Екатеринбург: Изд-во УрГУПС, 2009. В 3-х ч. – Ч. 2. – С. 154-159.
  7. Паршина Е. В. Один из способов реализации согласованного фильтра для объединенной системы АБ-АЛС [Текст] / Е. В. Паршина, А. Н. Михалев // Молодые ученые – транспорту – 2009: Сб. научн. тр. – Екатеринбург: Изд-во УрГУПС, 2009. В 3-х ч. – Ч. 2. – С. 154–159.
  8. Паршина Е. В. Оценка помехоустойчивости комплексной системы АБ-АЛС при имитационном моделировании [Текст] // Научные труды международной научно-практической конференции «СВЯЗЬ-ПРОМ 2010» в рамках 7го Евро-Азиатского форума «СВЯЗЬ-ПРОМЭКСПО 2010». Екатеринбург: УГТУ УПИ, 2010. – С. 313–316.

Паршина Екатерина Валерьевна

ПОВЫШЕНИЕ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ ПЕРЕДАЧИ

ИНФОРМАЦИИ ПО РЕЛЬСОВОЙ ЦЕПИ В СИСТЕМАХ

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ АВТОМАТИКИ И ТЕЛЕМЕХАНИКИ

05.22.08 – Управление процессами перевозок

620034, г. Екатеринбург, ул. Колмогорова, 66

Издательство УрГУПС

Бумага офсетная Тираж 100 экз. Подписано к печати 16.03.2011 г. Формат бумаги 6084/16 Усл. печ. л.1,0 Заказ 57


Pages:     | 1 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.