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Verfahren zum Verkürzen der Einschaltdauer des Senders eines Abfragegerätes
s für ein Eisenbahnfahrzeug-Identifizierungs- bzw.-Ortungs-System.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verkürzen der Einschaltdauer
des Senders eines Abfragegerätes für ein mit elektromagnetischen Hochfrequenzsignalen
betriebenes Eisenbahnfahrzeug-Identifizierungs- bzw. -Ortungs-System.
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Es ist ein Fahrzeugidentifizierungssystem entwickelt worden (DU-PS
1 279 785), bei dem zum Übertragen der Informationen vom Abfragegerät zum Antwortgerät
eines Fahrzeugs und vom Antwortgerät dieses Fahrzeugs zurück zum Abfragegerät eine
elektromagnetische Energie mit Frequenzen im Bereich zwischen etwa 3 und 4 GHz verwendet
wird. Dieses Identifizierungssystem kann auch zur Ortung von Eisenbahnfahrzeugen
innerhalb von Gleisnetzen verwendet werden. Dazu werden im Gegensatz zur Identifizierung
die Abfragegeräte auf den zu ortenden Fahrzeugen und die Antwortgeräte an den Ortungspunkten
am Gleis angeordnet. Jedes passive Antwortgerät ist jedenfalls mit einem Verschlüsselungsnetz
aus Resonanzfiltern versehen, die beim Überstreichen ihrer Resonanzfrequenz durch
das eine periodisch veränderliche Frequenz enthaltendeAbfragesignal in Schwingung
geraten und das vom Antwortgerät zurückübertragene Antwortsignal in bestimtnter
Weise kennzeichnen.
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Die in Richtung der vorbeibewegten Antwortgerate ausgestrahlte Mikrowellenleistung
soll im Hinblick auf andere Funkdienste, die das gleiche Frequenzband benutzen,
einerseits möglichst gering sein. Andererseits muß diese Leistung jedoch so groß
sein,
daß Antwortgeräte selbst bei verhältnismäßig geringem Störabstand noch mit Sicherheit
richtig erkannt werden. Um insbesondere andere Funkdienste nicht dadurch zu stören,
daß die Abfragesignalleistung beispielsweise bei einem Identifizierungasystem ungenutzt
in den Raum gestrahlt wird, kann ein Betrieb des Abfragegerätes beispielsweise von
der durch einen Schienenkontakt gemeldeten Passage eines Zuges abhängig gemacht
werden. Dieser Schienenkontakt kann in ein Blocksystem einer Sisenbahnsicherungseinrichtung
integriert sein, und auch die vollständige Vorbeifahrt eines Zuges melden.
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Wenn jedoch in gewissen Anwendungsfällen, zum Beispiel bei Zulaul-
oder Richtungsgleisen von Ablaufbergen, kein Schienenkontakt zur Verfügung steht,
darf das betriebene System andere Funkdienste ebenfalls nicht stören. Dieser Wunsch
bildet die Aufgabe der Erfindung.
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Erfindungsgeinäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs
genannten Art gelöst, bei dem das Abfragesignai so lange mit weit unterhalb seiner
Betriebsleistung liegender Sendeleistung abgestrahlt wird, bis einen Betriebsfall
kennzeichnende Reflexionen im Antwortaignal vom Empfangszweig des Abfragegerätes
aufgenommen werden.
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In Weiterbildung der Erfindung können die folgenden Teilmerkmale einzeln
oder in Kombination miteinander vorteilhafterweise angewendet werden: Die einen
Betriebsfall kennzeichnenden, durch den Laufweg zwischen Abfragegerät und reflektierenden
h'ahrzeugteilen zeitverzö-gerten Reflexionen werden im Empfangszweig mit dem Abfragesignal
gemischt und das IEschprodukt dient frequenzselektiv als Sinschaltkriterium für
die Betriebsleistung.
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Die Anwesenheit des dem betreffenden Antwortgerät zugeordneten Kennzeichens
im Empfangszweig des Abfragegerätes dient als Einschaltkriterium für die Betriebsleistung.
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Bei einem Verfahren, in dem die Abfragesignale periodisch durchgestimmte
Mikrowellenfrequenzen enthalten und die Antwortgeräte durch Resonanzfilter zum Auswählen
von in diesem Frequenzband gleichmäßig verteilten Frequenzen Antwortsignale mit
einer der Frequenzverteilung entsprechenden Modulation bilden, dient die im Empfangszweig
frequenzselektiv festgestellte Modulation als Einschaltkriterium für die Betriebsleistung.
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Bei Frequenzumsetzung im Antwortgerät wird als Einschaltkriterium
eine Empfangssignalkomponente verwendet, die im Frequenzspektrum des Abfragesignals
nicht enthalten ist.
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Vor dem Einschalten der Betriebsleistung überschreitet die Empfangsleistung
der Reflexion einen gewählten Einschalt-Schwellwert.
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Vor dem Wiederausschalten der Betriebsleistung unterschreitet die
Empfangsleistung der Reflexion einen gewählten Ausschalt-Schaelliaert.
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Die abgeschlossene Identifizierung eines Antwortgerätes bildet ein
Kriterium zum Wiederausschalten der Betriebsleistung.
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Anhand der in der Zeichnung dargestellten Diagramme wird das erfindungsgema-ße
Verfahren nachstehend näher erläutert.
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In der Zeichnung zeigen die qualitativen Diagramme (1er: Fig. 1 die
Empfangsleistung über der Differenzfrequenz zwischen Abfragesignal und Antwortsignal
einer Nahreflex,ion,
Fig. 2 die Sendeleistung über der Zeit bei
Verwendung eines Einschalt-Schwellwertes für die Empfangsleistung, Fig. 3 die Empfangsleistung
an einem Abfragegerät bei Venzendung eines Einschalt-Schwellwertes, Fig. 4 die Sendeleistung
des Abfragegerätes über der Zeit bei Verwendung eines Einschalt-Schwellwertes und
eines höherliegenden Ausschalt-Schwellwertes für die Empfangsleistung am Abfragegerät,
Fig. 5 die Empfangsleistung über der Zeit für ein Abfragegerät gemäß Fig. 4, Fig.
6 die Empfangsleistung über den Frequenzen des aus Empfangs- und Sendesignal bestehenden
Mischproduktes von der Größenordnung der Wobbelfrequenz bis zu Harmonischen der
Impulsfrequenz des Nutzsignals, Fig. 7 die Sendeleistung eines Abfragegerätes über
der Zeit bei Verwendung eines Einschalt-Schwellwertes und eines Kriteriums zum Ausschalten
der Sendeleistung, das aus der abgeschlossenen Identifizierung eines Antwortgerätes
entsteht, und Fig. 8 die Empfangsleistung über der Zeit entsprechend der Variante
nach Fig. 7.
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Von den Abfragegeräten des beispielsweise beschriebenen Systems zum
Identifizieren von Sisenbehnlahrzeug-Antozortgeräten bzw. zum Identifizieren von
Ortungspunkt-Antwortgeräten werden Abfragesignale ausgesendet, deren elektromagnetische
Energie beispielsweise Frequenzen zwischen etwa 3 und etwa 4 Gz enthält. Die Frequenz
der Abfragesigile wird dabei periodisch durchgestimmt. Beim Mischen des Abfragesignals
und des an irgend einem Gegenstand reflektierten und als hntwortsignal im Abfragegerät
empfangenen Abfragesignals entsteht eine der Laufzeit vom Abfragegerät zum Reflektor
und wieder zurück und damit eine dem Abstand zwischen Abfragegerät und jeweiligem
Reflektor proportionale Differenzfrequenz # f.
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Bei einem gewählten Beispiel entspricht diese Differenzfrequenz A
f bei etwa 15 kHz einem Abstand von etwa einem Meter, bei 30 kHz zwei Meter, bei
45 kHz drei Meter usw.
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Reflektoren, die sich im Abstand von etwa zwei Meter zum Abfragegerät
befinden, haben im gewählten Beispiel, wie aus dem Diagramm der filige 1 ersichtlich
ist, einen hohen Anteil an der gesamten Reflexionsleistung. Bei Auftreten derartiger
Reflexionen wird angenommen, daß sich ein Eisenbahnfahrzeug über dem Abfragegerät
befindet Gemäß der Erfindung sendet das Abfragegerät ein Abfragesignal mit zum einwandfreien
Identifizieren eines Antwortgerätes viel zu geringer MiRrowellenleistung aus. Diese
abgesenkte Prüfleistung kann beispielsweise durch ein in die Sendeleitung geschaltetes
Dämpfungsglied ermöglicht werden Die Prüfleistung ist dann beispielsweise so klein,
daß sie sich in einer Entfernung von 20 Metern zum Abfragegerät aus dem allgemeinen
Störpegel nicht mehr heraushebt In einer Entfernung von bis zu beispielsweise 3
Metern bis zum Abfragegerät ist diese Leistung jedoch noch groß genug, daß sie aus
dieser Entfernung reflektiert vom Empfangs teil des Abfragegerätes noch zweifelsfrei
erkannt werden kann.
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Eisenbahnfahrzeuge, deren Fahrgestellteile sich in einer Entfernung
von etwa 1 bis 1,5 Meter am Abfragegerät vorbeibewegen, können daher durch die Reflexionen
des Abfragesignals an diesen als Reflektoren wirkenden Teilen mit Sicherheit festgestellt
werden.
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Zum ausschließlichen Erkennen nur dieser Reflexionen kann im Abfragegerät
ein Bandfilter vorgesehen sein, dessen Frequenzgrenzen etwa unterhalb von 15 kHz
und oberhalb von 45 kHz liegen und das feststellt, ob die Frequenz des I4;schproduktes
aus Sendeleistung und Reflexionsleistung zwischen diesen Grenzen liegt. Dann wird
gemäß einem Deilmerkmal der Erfindung die Betriebsleistung des Abfragegerätes eingeschaltet.
Das bedeutet praktisch, daß die Leistung des Abfragesignals von ihrem bisher sehr
geringen Wert der Prüfleistung erhöht wird, indem beispielsweise
das
obenerwähnte Dämpfungsglied überbrückt wird.
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Während des Betriebs des Abfragegerätes wird weiterhin ständig ein
Mischprodukt von Sendeleistung und Reflexionsleistung hergestellt und übenzacht,
ob die Frequenz dieses Mischproduktes immer noch zwischen den angegebenen Grenzen
liegt. Sobald dieses Kennzeichen wegfällt, wird das Abfragegerät wieder auf seine
ursprüngliche kleine Prüfleistung zurückgeschaltet.
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Diese Vorgänge sind schematisch durch die Diagramme der Figuren 2
und 3 angedeutet. In Fig. 2 ist die Sendeleistung PS über der Zeit t dargestellt.
Dabei bedeuten PSI den Wert der oben bereits beschriebenen Prüfleistung und PS2
den Wert der oben ebenfalls beschriebenen Betriebsleistung. Im Diagramm der Fig.
3 ist schematisch die Empfangsleistung PE im Abfragegerät über der Zeit t beim Vorbeifahren
eines Zuges mit beispielsweise einem Triebwagen und fiinf angekoppelten Eisenbahnrsaggons
am Abfragegerät dargestellt. Die Einsemkungen der-Empfangsleistung der Reflexionen
von Teilen des Zuges entstehen durch die Lücken zwischen den einzelnen Eisenbahnfahrzeugen.
Daß die Empfangsleistung der Reflexionen zu diesen Zeiten nicht ganz auf Null absinken,
liegt an den zwischen den Fahrbeugen befindlichen Teilen der Puffer und der Kupplungen
Aus dem Diagramm der Fig. 3 ist zu erkennen, daß aie Empfangsleistung der Reflexionen
zunächst langsam ansteigt, bis sie den Einschalt-Schwellwert PE1 erreicht hat. Damit
ist das Kriterium zum Einschalten der Betriebs leistung vorhanden. Selbstverständlich
steigt die Empfangsleistung der Reflexionen beim Einschalten der Betriebsleistung
ebenfalls erheblich an. Beim Entfernen der reflektierenden Teile des Zuges vom Abfragegerät
sinkt die Empfangsleistung der Reflexionen wieder ab, bis die Schaltschwelle PEI
wieder erreicht ist. Dann wird die Sendeleistung des Abfragegerätes wieder auf den
ursprünglichen Wert PS1 der Prüfleistung zurückgeschaltet0
Beim
zu den Figuren 2 und 3 beschriebenen Verfahren unterscheiden sich die Einschalt-
und die Ausschaltempfindlichkeit für die Betriebsleistung sehr stark voneinander.
Die Betriebsleistung PS2 wird dann eingeschaltet, wenn die von der schwachen Prüfleistung
PS1 ermöglichten Nahreflexionen an Teilen eines Eisenbahnfahrzeugs den Einschalt-Schhwellwert
1>t1 überschreiten.
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Dagegen wird die Betriebsleistung gS2 erst wieder auf den ursprünglichen
Wert PS1 zurückgeschaltet, wenn die von der demgegenüber großen Betriebsleistung
ermöglichten Nahreflexionen den Einschalt-Schwellwert gEl unterschreiten.
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Durch Verwendung von zwei sich unterscheidenden Schwellwerten PE1
und PE2 zum Einschalten und zum Ausschalten wird dieses Verfahren erheblich verbessert.
Ein den Figuren 2 und 3 entsprechendes Beispiel ist dafür in den Figuren 4 und 5
schematisch dargestellt. Sobald sich ein Eisenbahnfahrzeug dem Abfragegerät nähert,
steigt die durch die geringe Prüfleistung Psi ermöglichte Empfangsleistung PE der
Nahreflexionen bis zum Einschalt-Schwellwert PE1 an. Zu diesem Zeitpunkt wird die
volle Betriebsleistung PS2 des Abfragegerätes eingeschaltet. Damit erhöht sich auch
die Empfangsleistung der Nahreflexionen bis weit über den Einschalt-Schwellwert
PE1. In einer Bücke zwischen zwei Eisenbahnfahrzeugen, in denen sich nur Teile der
Puffer und der Kupplungen befinden, sinkt die Empfangsleistung der Nahreflexionen
auf einen Wert unterhalb des Ausschalt-Schwellwertes PE2 ab. Daher wird zu diesem
Zeitpunkt die Betriebsleistung P52 wieder auf den geringeren Wert PS1 der Prüfleistung
zurückgeschaltet.
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Die Empfangsleistung PE der Nahreflexionen erreicht aber bald wieder
den Einschalt-Schwellwert PEI, so daß wieder die Betriebsleistung PS2 des Abfragegerätes
eingeschaltet wird. Diese Vorgänge wiederholen. sich beim Vorbeibewegen jeder Lücke
zwischen zwei Eisenbahnfahrzeugen am Abfragegerät0 Beim Entfernen des letzten Fahrzeuges
eines Zuges
vom Abfragegerät sinkt die Empfangsleistung schnell
bis unter den Ausschalt-Schwellwert PE2 , so daß die Betriebsleistung PS2 bei dieser
Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens eher wieder auf die geringe Prüfleistung
PS1 zurückgeschaltet wird als bei dem für die Figuren 2 und 3 beschriebenen Beispiel.
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Für diese beiden Beispiele wird die Empfangsleistung von Nahreflexionen
des gesamten Frequenzspektrums des Abfragesignals als Kriterium zum Ein- bzw. Ausschalten
der Betriebsleistung PS2 des Abfragesignals verwendet. Selbst bei Anwendung eines
Einschalt-Schwellwertes und eines Lusschalt-Schwellwertes bleibt die Betriebsleistung
1>52 ungefähr so lange eingeschaltet, wie sich ein Fahrzeug über dem Abfragegerät
befindet. Wenn es möglich ist, die Anwesenheit eines Antwortgerätes im Wirkungsbereich
des Abfragegerätes als Kriterium zum Einschalten der Betriebsleistung des Abfragesignals
zu verwenden, kann die Einschaltdauer des Abfragegerätsenders weiterhin erheblich
eingeschränkt werden.
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Da ein Antwortgerät durch Resonanzen an seinen Filtern Hochfrequenzimpulse
reflektiert, die für bestimmte Frequenzplätze innerhalb des ausgesendeten Frequenzbandes
vorgesehen sind, und deren Frequenzplätze voneinander immer den gleichen Abstand
haben, haben die im Abfragegerät gleichgerichtete Hochfrequenzimpulse eine bestimmte
Grundfrequenz ffpl. Bei dem beispielsweise beschriebenen System beträgt diese Frequenz
etwa 165 kHz. Ein Frequenzspektrum der gleichgerichteten Empfangsleistung ist im
Diagramm der Fig. 6 bei spielsweise dargestellt. Dabei bedeutet bzw die vom Wobbelgenerater
festgelegte Grundfrequenz der AbBrageperiode. Die oberhalb der Impuls-Grundfrequenz
ffpl liegenden Leistungsmaxima entstehen bei den anteilig sehr starken Harmonischen
der Impuls-Grundfrequenz, da nicht jeder Frequenzplatz durch einen Resonanzimpuls
belegt ist. Damit zum Einschalten der Betriebsleistung PS2 des Abfragesignals tatsächlich
nur die Anwesenheit der Impuls-Grundfrequenz als Einschaltkriterium verwendet
wird,
kann ein schmalbandiges Filter, das beispielsweise eine im Diagramm der Fig. 6 gestrichelt
dargestellte, beispielsweise auf 165 kIIz abgestimmte Dämpfungskurve aufweist, im
Empfangszweig des Abfragegerätes vorgesehen sein. Das Diagramm für die Einschaltdauer
der Betriebsleistung PS2 für diese Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens würde
dann für das in Fig. 4 gewählte Beispiel der Passage eines Triebwagen mit fünf Waggons
nur ganz schmale Impulse aufweisen.
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Die Anwesenheit der Impuls-Grundfrequenz kann auch durch ein im Empfangszweig
des Abfragegerätes ohnehin vorgeseltenes Empfangsfilter festgestellt werden. Ferner
kann möglicherweise im Antwortgerät eine Einrichtung zur Frequenzumsetzung vorhanden
sein. Derartige Einrichtungen werden verwendet, um die Abfragesignale von den Antwortsignalen
frequenzmäßig zu entkoppeln. In diesem Fall wird als Einschaltkriterium für die
Betriebsleistung PS2 zweckmäßigerweise eine Empfangssignalkomponente verwendet,
die im Frequenzspektrum des Abfragesignals nicht vorhanden ist.
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Fig. 7 und 8 zeigen Diagramme für die Sendeleistung des Abfragegerätes
und die Empfangsleistung der Nahreflexionen im Abfragegerät bei einer Variante des
erfindungsgemäßen Verfahrens, in der die abgeschlossene Identifizierung eines Antwortgerätes
ein Kriterium zum Wiederaussehalten der Betriebaleistung bildet. Sobald die Empfangsleistung
von Nahreflexionen bzw. von durch ein Antwortgerät in beschriebener Weise gekennzeichneten
Reflexionen den Schwellwert PE1 zum Einschalten der Betriebsleistung PS2 überschreitet,
kann das betreffende Antwortgerät mit großer Sicherheit durch die Betriebsleistung
PS2 richtig identifiziert werden.
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Dann wird im Abfragegerät ein Signal gebildet, durch das die Betriebsleistung
PS2 wieder auf die geringe Prüfleistung PS1 zurückgeschaltet wird.
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In Fig. 8 ist nur ein Einschalt-Schwellwert PE1 dargestellt. Die Unterschreitung
dieses Schwellwertes durch die Empfangsleistung der gekennzeichneten Reflexion würde
allerdings zu einer Wiedereinschaltung der Betriebaleistung PS2 führen. Um dies
zu vermeiden, könnten beispielsweise zwei sich geringfügig voneinander unterscheidende
Einschaltachwellen vorgesehen sein, die beide durch die Empfangsleistung der Reflexion
nacheinander von unten her überschritten werden miissen, ehe die Betriebsleistunrg
PS2 wieder eingeschaltet werden kann. Zum Vermeiden von auf kurzzeitigen Pegelachwankungen
beruhenden Ein- und Ausschalt-Wechselspielen kann zusätzlich ein diese kurzen Zeiten
überdeckendes Verzögerungsglied zum Ein- bzw. Ausschalten vorgesehen sein.
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8 Ansprüche 8 Figuren