Système de modulation pour circuits de voie ferroviaires

Abstract

 Système de modulation pour circuits de voie ferroviaires comprenant chacun un émetteur (17) de signaux modulés en fréquence ou par impulsions. Chaque émetteur comporte un générateur (10, 11, 13, 14, 15) de séries binaires pseudo-aléatoires, le changement de fréquence ou de parité d'impulsion s'effectuant au rythme des changements de valeur binaire.
Application : contrôle et sécurité ferroviaires.

Description

[0001] La présente invention concerne les systèmes de modulation pour circuits de voie ferroviaires, permettant de rendre aussi faible qu'on le désire leur probabilité de perturbation par les courants parasites, auxquels les appareils utilisés sont soumis en fonctionnement.

[0002] Les circuits de voie sont des dispositifs très anciennement et très largement répandus en technique ferroviaire pour s'assurer de l'absence des trains dans une portion de voie déterminée. Le principe des circuits de voie est fondé sur la division d'une voie ferrée en cantons successifs isolés les uns des autres par des paires de joints ou des dispositifs électriques de séparation créant une discontinuité électrique dans chacun des rails. Un émetteur de signaux électriques est disposé pour être relié aux deux rails à l'une des extrémités du canton et un récepteur des mêmes signaux ayant parcouru les rails est disposé à l'autre extrémité du même canton entre les deux rails également. Un train pénétrant à l'entrée du canton du côté du récepteur provoque un court-circuit des signaux par la liaison électrique rails-essieux du train et ce court-circuit des signaux détecté par le récepteur engendre un changement d'état de la signalisation, les feux passant par exemple au rouge à l'entrée du train dans le canton et empêchant ainsi le train suivant de pénétrer dans le canton tant que le canton est occupé par le train qui le précède.

[0003] Les systèmes de modulation des circuits de voie utilisés jusqu'à présent peuvent être, par exemple, soit du type de modulation à impulsions, soit du type de fréquence porteuse sinusoidale modulée en amplitude ou en fréquence. Dans le cas de la modulation par impulsions, celles-ci sont générées par l'émetteur de voie d'un canton avec une certaine polarité, les impulsions ayant une fréquence de récurrence particulière, alors que l'émetteur du canton adjacent génère des impulsions d'une polarité inverse, les impulsions ayant une fréquence de récurrence légèrement différente. Dans le cas de la modulation en amplitude ou en fréquence d'une fréquence porteuse, la fréquence porteuse est différente d'un canton à l'autre ainsi que la fréquence de modulation. Dans tous les cas, modulation par impulsions ou modulation de la porteuse sinusoïdale, l'information à transmettre qui conduit à l'état un ou l'état zéro de la signalisation dépend soit de la polarité d'impulsion et de son amplitude soit du couple fréquence porteuse-fréquence de modulation et de son amplitude. Lorsque le récepteur détecte une absence d'impulsion, une polarité d'impulsion inverse ou une amplitude insuffisante, dans le cas de modulation par impulsions, le récepteur fait passer le signal au rouge. Lorsque le récepteur déteote une absence de porteuse ou une amplitude insuffisante de porteuse ou une fréquence de modulation incorrecte dans le cas de modulations d'amplitude ou de fréquence, le récepteur fait passer le signal au rouge également.

[0004] Cependant les systèmes de modulation de circuits de voie classiques ont l'inconvénient de ne pas être assez fiables au point de vue sécurité. En effet, la puissance toujours croissante des moteurs de traction modernes et des organes électrotechniques annexes tels que les convertisseurs de tous type (courant, tension, fréquence) entraine la production de courants parasites de niveau de plus en plus élevé et de formes de complexité croissante. D'autre part, les signaux de modulation employés dans les systèmes classiques sont fixes et ont des caractéristiques immuables. Il est évident qu'un signal parasite dans la bande de fréquences utilisée par le circuit de voie et semblable aux signaux utilisés, peut provoquer dans le récepteur le passage à un état inverse de l'état commandant l'arrêt des trains ce qui peut conduire à des catastrophes.

[0005] Le système de modulation de la présente invention remédie à cet inconvénient. Celui-ci assure en effet une très grande sécurité par suite de la probabilité d'erreur d'identification insignifiante qui est obtenue.

[0006] La présente invention a pour objet un système de modulation pour circuits de voie ferroviaires comportant des signaux modulés par un modulateur par impulsions de polarité positive ou négative, caractérisé en ce que les signaux sont déterminés par au moins une série binaire pseudo-aléatoire, les bits "un" de cette série correspondant à l'une des deux polarités, les bits "zéro" de cette série correspondant à l'autre.

[0007] La présente invention a également pour objet un système de modulation pour circuits de voie ferroviaires comportant des signaux dont la fréquence porteuse est modulée par une première ou une deuxième fréquence de modulation, caractérisé en ce que les signaux sont déterminés par au moins une série binaire pseudo-aléatoire, les bits "un" de cette série correspondant à l'une des deux fréquences de modulation, les bits "zéro" de cette série correspondant à l'autre.

[0008] Selon une particularité de l'invention lesdites séries binaires pseudo-aléatoires sont différentes dans les cantons successifs et un émetteur desdits signaux modulés comporte un générateur de code cyclique constitué de modules OU EXCLUSIF branchés à au moins une sortie des étages d'un registre à décalage incrémenté par une horloge de telle sorte que le choix desdits étages est prédéterminé selon l'émetteur afin de réaliser chacune desdites séries binaires pseudo-aléatoires.

[0009] Selon une autre particularité de l'invention ledit émetteur des signaux modulés comporte à la sortie du dernier étage dudit registre à décalage, un générateur d'impulsions à polarité variable suivi d'un amplificateur de puissance délivrant lesdites impulsions amplifiées dans le circuit de voie, ledit générateur d'impulsion délivrant une impulsion positive lorsque le bit à la sortie du registre à décalage est "un" et une impulsion négative lorsque le bit à la sortie du registre à décalage est "zéro".

[0010] Selon une autre particularité de l'invention, ledit émetteur de signaux·modulés comporte à la sortie du dernier étage dudit registre à décalage un modulateur des signaux de fréquence porteuse suivi d'un amplificateur de puissance délivrant lesdits signaux de fréquence porteuse dans 1 circuit de voie, ledit modulateur délivrant des signaux de fréquence porteuse modulés à une première fréquence de modulation lorsque le bit à la sortie du registre à décalage est "un" et à une deuxième fréquence de modulation lorsque le bit à la sortie du registre à décalage est "zéro".

[0011] Selon une autre particularité de l'invention; un récepteur desdits signaux modulés ayant parcouru la voie comporte un générateur de code cyclique constitué d'un registre identique à celui dudit émetteur correspondant dont les modules OU EXCLUSIF sont branchés sur les mêmes étages du registre selon la même disposition et dont la sortie est comparée dans un comparateur avec la série binaire pseudo-aléatoire provenant desdits signaux modulés.

[0012] Selon une autre particularité de l'invention, après ledit comparateur est disposé un temporisateur à l'attraction actionnant un relais de sortie dudit récepteur, ledit temporisateur ayant un retard de temporisation tel qu'il permet d'obtenir la probabilité désirée d'erreur d'identification de ladite série binaire pseudo-aléatoire affectée au circuit de voie considéré.

[0013] En se référant aux figures schématiques 1 et 2 ci-jointes on va décrire ci-après un exemple de mise en oeuvre de la présente invention, exemple donné à titre purement illustratif et nullement limitatif.

[0014] La figure 1 représente un schéma de principe électrique d'un émetteur du circuit de voie modulé par un générateur de série binaire pseudo-aléatoire.

[0015] la figure 2 représente un schéma de principe d'un récepteur de circuit de voie modulé par des signaux codés par la série binaire pseudo-aléatoire ayant traversé la voie.

[0016] On voit sur la figure 1 un émetteur de circuit de voie constitué d'un registre à décalage 10 comprenant n = 6 cellules à titre d'exemple. les étages 1, 2, 3....6 du registre 10 sont incrémentés par une horloge 11 dont la période commande l'avance du registre. Le bit introduit à l'entrée 12 du registre 10 pour chaque période de celle-ci est obtenu par addition modulo 2 au moyen de trois OU EXCLUSIF 13, 14, 15 dans cet exemple branchés sur les étages 1, 3, 5 et 6 du registre 10. Il est à noter que dans un autre émetteur les OU EXCLUSIFS 13, 14, 15 seraient branchés sur d'autres étages du registre 10 à l'exception de l'étage 6 toujours utilisé.

[0017] Le bit présent à la sortie 16 du registre 10 à chaque période de l'horloge 11 constitue la suite de la série binaire pseudo-aléatoire en cours de génération. Un tel dispositif engendre pour une longueur n du registre à décalage 10 et certaines combinaisons des modules OU EXCLUSIF une série binaire périodique linéaire de longueur 2 ^n-1 bits. La théorie des polynômes montre en effet que si l'on considère les nombres binaires de n bits contenus à chaque instant dans le registre à décalage 10 tous les nombres possibles à l'exception de 0...0 apparaissent successivement une fois et une seule à chaque période de la série dans une ordre qui est fonction du nombre et de l'emplacement des modulos. De ce fait si l'on connaît la longueur n du registre à décalage 10 le nombre et l'emplacement des modules et le nombre qu'il contient a un instant donné, il est possible de prévoir ses contenus successifs futurs et donc la série émise.

[0018] La sortie 16 du registre 10 communique avec un modulateur ou un générateur d'impulsions 17 délivrant un signal à un amplificateur de puissance 18 afin de l'amplifier. Dans le cas d'un modulateur 17 le signal est constitué d'une fréquence porteuse de valeur 1000 Hz par exemple, modulée en amplitude ou en fréquence par une fréquence modulante F1 de valeur 12 Hz par exemple quand un bit "un" est présent à la sortie 16 du registre 10 et par une fréquence modulante F2 de valeur 17 Hz par exemple quand un bit "zéro" est présent à la sortie 16 du registre 10.

[0019] Dans le cas d'un générateur d'impulsions 17, le signal est constitué d'impulsions par exemple rectangulaires, à polarité positive, par exemple quand un bit "un" est présent à la sortie 16 du registre 10 et à polarité négative, par exemple, quand un bit "zéro" est présent à la sortie 16 du registre 10.

[0020] Le signal modulé, amplifié par l'amplificateur 18 au niveau de puissance requis pour le fonctionnement du circuit de voie, est injecté dans la voie, à une extrémité de la portion de voie dans laquelle on désire s'assurer de l'absence de train, par la sortie 19 de l'amplificateur 18.

[0021] La figure 2 montre le récepteur de circuit de voie correspondant à l'émetteur qui vient d'être décrit.

[0022] Le récepteur est relié à la voie par son entrée 20 à l'extrémité opposée à l'émetteur de la portion de voie dans laquelle on désire s'assurer de l'absence de train. le signal présent à l'entrée 20 du récepteur est d'abord filtré dans un filtre 21. Dans le cas de la modulation par impulsions le filtre 21 est adapté à la largeur des impulsions et à leur fréquence de récurrence. Dans le cas de la modulation de la porteuse le filtre 21 est un filtre passe-bande centré sur la fréquence porteuse.

[0023] Le signal est ensuite démodulé dans le démodulateur 22. Celui-ci est constitué d'éléments actifs tels que des diodes par exemple.

[0024] A la sortie 23 du démodulateur 22 apparait la série binaire engendrée par l'émetteur à la sortie 16 du registre 10. Cette série binaire est appliquée à un registre 100 de même longueur que le registre 10 de l'émetteur. L'avance du registre est commandée par une horloge 110 synchronisée par les signaux présents à la sortie 23 du démodulateur 22. Le registre 100 comporte le même nombre de modules OU EXCLUSIF 130, 140 et 150 reliés aux mêmes étages 1, 3, 5 et 6 du registre 100 que les modulos 13, 14 et 15 du registre 10 de l'émetteur.

[0025] La théorie des polynômes montre qu'après une période de synchronisation de durée au plus égale à n bits (n étant la longueur des registres), le bit existant à la sortie 24 des modulos 130, 140 et 150 est le même que celui qui sera reçu à la sortie 23 du démodulateur 22 à la période suivante de l'horloge 11 de l'émetteur. Cette égalité est contrôlée par le comparateur 25. Lorsque les bits présents aux entrées 23 et 24 de ce comparateur sont 1 et 1 ou 0 et 0 sa sortie 26 délivre l'état 1 ce qui signifie que la comparaison est correcte. Lorsque les bits présents aux entrées 23 et 24 du comparateur 25 sont 1 et 0 ou 0 et 1 la sortie 26 du comparateur est à l'état logique 0 ce qui signifie que la comparaison est incorrecte.

[0026] La sortie 26 du comparateur 25 est appliquée à un temporisateur à l'attraction 27 qui commande le relais 28 de sortie du récepteur du circuit de voie dont des contacts 29 commandent l'allumage des lampes du signal d'entrée dans le circuit de voie. Le retard de temporisation du temporisateur 27 est fixé de telle sorte que le relais 28 ne soit excité qu'après un certain nombre m de comparaisons exactes successives. Il est choisi de manière à obtenir la probabilité désirée d'erreur d'identification de la série binaire pseudo-aléatoire prévue pour le circuit de voie considéré. Un exemple de réalisation prévoit ainsi par exemple un nombre de m = 32 comparaisons exactes successives pour un registre à n = 6 étages.

[0027] Les applications de la présente invention sont du domaine des transports ferroviaires et notamment du contrôle et de la sécurité ferroviaires.

Revendications

1/ Système de modulation pour circuits de voie ferroviaires comportant des signaux modulés par un modulateur par impulsions de polarité positive ou négative, caractérisé en ce que les signaux sont déterminés par au moins une série binaire pseudo-aléatoire, les bits "un" de cette série correspondant à l'une des polarités, les bits "zéro" de cette série correspondant à l'autre.

2/ Système de modulation pour circuits de voie ferroviaires comportant des signaux dont la fréquence porteuse est modulée par une première ou une deuxième fréquence de modulation, caractérisé en ce que les signaux sont déterminés par au moins une série binaire pseudo-aléatoire, les bits "un" de cette série correspondant à l'une des fréquences de modulation, les bits "zéro" de cette série correspondant à l'autre.

3/ Système de modulation selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que lesdites séries binaires pseudo-aléatoires sont différentes dans les cantons successifs et qu'un -émetteur desdits signaux modulés comporte un générateur de code cyclique constitué de modules OU EXCLUSIF (13, 14, 5) branchés à au moins une sortie des étages d'un registre (10) à décalage incrémenté par une horloge (11) de telle sorte que le choix desdits étages (1, 2, 3, 4, 5, 6) est prédéterminé selon l'émetteur afin de réaliser chacune desdites séries binaires pseudo-aléatoires.

4/ Système de modulation selon les revendications 1 et 3, caractérisé par le fait que ledit émetteur des signaux modulés comporte à la sortie du dernier étage dudit registre (10) à décalage, un générateur d'impulsions (17) à polarité variable suivi d'un amplificateur (18) de puissance délivrant lesdites impulsions amplifiées dans le circuit de voie, ledit générateur d'impulsions (17) délivrant une impulsion positive lorsque le bit à la sortie du registre à décalage est "un" et une impulsion négative lorsque le bit à la sortie du registre (10) à décalage est "zéro".

5/ Système de modulation selon les revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que ledit émetteur des signaux modulés comporte à la sortie du dernier étage (6) dudit registre à décalage un modulateur (17) des signaux de fréquence porteuse suivi d'un amplificateur de puissance (18) délivrant lesdits signaux de fréquence porteuse dans le circuit de voie, ledit modulateur (17) délivrant des signaux de fréquence porteuse modulés à une première fréquence de modulation lorsque le bit à la sortie du registre à décalage est "un" et à une deuxième fréquence de modulation lorsque le bit à la sortie du registre à décalage est "zéro".

6/ Système de modulation selon la revendication 5, caractérisé par le fait que ledit modulateur (17) des signaux de la fréquence porteuse utilise une modulation en amplitude afin d'engendrer lesdites première et deuxième fréquences de modulation.

7/ Système de modulation selon la revendication 5, caractérisé par le fait que ledit modulateur (17) des signaux de la fréquence porteuse utilise une modulation en fréquence afin d'engendrer lesdites première et deuxième fréquences de modulation.

8/ Systèmes de modulation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisés par le fait qu'un récepteur desdits signaux modulés ayant parcouru la voie comporte un générateur de code cyclique constitué d'un registre (100) identique à celui dudit émetteur correspondant dont les modules OU EXCLUSIF (130, 140, 150) sont branchés sur les mêmes étages du registre selon la même disposition et dont la sortie est comparée dans un comparateur (25) avec la série binaire pseudo-aléatoire provenant desdits signaux modulés.

9/ Système de modulation selon la revendication 8, caractérisé par le fait qu'après ledit comparateur (25) est disposé un temporisateur (27) à l'attraction actionnant un relais (28) de sortie dudit récepteur, ledit temporisateur (27) ayant un retard de temporisation tel qu'il permet d'obtenir la probabilité désirée d'erreur d'identification de ladite série binaire pseudo-aléatoire affectée au circuit de voie considéré.

Dessins