Движущийся поезд как источник звуковых волн, распространяющихся по рельсовому пути Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»



^ (ю) ^ (ю) С/ С. 13

1 1

а2 (й а2 . л Sin- 2п ~ • л 2п sin— 2п

/ \2n-2 а2 (Й 2 л 2п . 3л Sin — 2п 1 „ • 3л 2п sin— 2п

а2 И2 \ 2 л 2п — 2п

а ^ (Г а2 И4 2л cos — п 1 „ • 5л 2п sin— 2п 2л п cos — п

. . 4 л . 5л 4sin —sin— 2п 2п \ 4л 2sin — 2п

/ \2n-6 а 2 ( Р | а2 ( юТ 2 л 2 3л co^ — ctg — п 2п 1 „ • 7л 2п sin— 2п 2 л 2 3л п co^ — ctg — п 2п

.. 4 л . 7л 4sin —sin— 2п 2п 1 4л 2sin — 2п

Таблица. Показатели точности фильтрации и сглаживания в установившемся режиме

Проиллюстрируем, как получить представленные в таблице выражения для спектральных плотностей полезного сигнала и помехи, определяемых как

5Х (ю) « а2 [^ , 8п (ю) « а2, (3)

что соответствует первой строке таблицы при п = 2. Подставляя (3) в выражения (1) и (2) нетрудно убедиться, что выражения для передаточной функции оптимального сглаживающего фильтра, спектральной плотности ошибки оптимальной нереализуемой оценки и ее дисперсии примут следующий вид:

4 2 4 л

К (ю) = -£—г , S'я (ю) = , К (ю) = а2р .

ю4 +р4 ю4 +р4 2-42

В этом случае среднеквадратическая ошибка оценивания для задачи сглаживания в два раза меньше ошибки фильтрации = 42п = 2 . Таким образом, в тех случаях, когда нахождение оценки в

реальном времени не является обязательным условием, целесообразно вместо задачи фильтрации решать задачу сглаживания.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ по проекту 12-08-00835-а.

1. Челпанов И.Б., Несенюк Л.П., Брагинский М.В. Расчет характеристик навигационных гироприборов. - Л.: Судостроение, 1978. - 264 с.

2. Лопарев А.В., Степанов О.А., Челпанов И.Б. Использование частотного подхода при синтезе нестационарных алгоритмов обработки навигационной информации // Гироскопия и навигация. - 2011. -№ 3. - С. 115-132.

Лопарев Алексей Валерьевич - ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», кандидат технических наук, доцент, начальник сектора, loparev@mail15.com

Степанов Олег Андреевич - ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», доктор технических наук, начальник научно-образовательного центра, soalax@mail.ru

Яшникова Ольга Михайловна - ОАО «Концерн «ЦНИИ «Электроприбор», аспирант, olga_evstifeeva@mail.ru УДК 629.4.066

ДВИЖУЩИЙСЯ ПОЕЗД КАК ИСТОЧНИК ЗВУКОВЫХ ВОЛН, РАСПРОСТРАНЯЮЩИХСЯ ПО РЕЛЬСОВОМУ ПУТИ С.В. Бибиков, А.В. Шапарь

На основании экспериментальных данных шум качения пары «колесо-рельс» выбран в качестве доминирующего источника звуковых волн для обнаружителя приближающегося поезда. Ключевые слова: уровень шума, шум качения, приближение поезда.

Разрабатывается устройство для оповещения о приближении поезда лиц, работающих на железнодорожных путях. Один из принципов действия - анализ виброакустических колебаний, возникающих в рельсе при движении поезда. Рассматривается поезд как источник некоего сообщения о своем приближении, передаваемого в рельс, и необходимо выявить характерные особенности этого сообщения.

Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики,

2012, № 5 (81)

Исследование и классификация излучения шума от движущихся поездов в окружающую среду -предмет промышленной акустики. Источники шума движущегося поезда известны [1], и их можно разделить на две группы:

- регулярные - шум качения пары «колесо-рельс», аэродинамический шум;

- нерегулярные - определяются типом пути, типом и состоянием подвижного состава. К ним относятся стук колесной пары о стыки, удары и шум, вызванные дефектами окружности обода колеса и рельса, скрежет при прохождении поездами кривых малого радиуса, шумы двигателей, передач, грохот элементов конструкции вагонов.

Уровень шума, излучаемого поездом, обычно измеряется в воздухе на расстоянии 25 м от оси пути и на высоте 3,5 м с помощью системы микрофонов [1]. Установлено, что эквивалентный уровень шума, создаваемый зоной «колесо-рельс» грузового вагона, как минимум, на 12 дБ выше, чем шум от кузова. В разных диапазонах частот преобладают шумы разных компонентов системы «колесная пара-путь».

Есть отличия шума, излучаемого в воздух, от колебаний, распространяющихся в рельсе. С целью изучения этих отличий была проведена запись фонограмм приближения поездов на различных участках Октябрьской железной дороги с помощью виброакустического преобразователя, закрепленного непосредственно на рельсе. Было выявлено следующее.

1. Все вышеуказанные источники шума прослушиваются на различных фонограммах, полученных с рельса. Спектр шума, распространяющегося по рельсу на бесстыковом пути, на расстоянии до 200 м от приближающегося поезда близок к тому, что приведен в [2, рис. 3] для измерений шума от рельса и колес на расстоянии 3,7 м, проведенных на воздухе.

2. Нарастающий шум качения является доминирующим в большинстве ситуаций. Спектр шума качения зависит от скорости поезда и перекрывает диапазон 450-22000 Гц. Шумовые компоненты плавно нарастают при приближении поезда по бесстыковому участку пути, либо резко появляются, когда поезд минует неоднородность пути (стрелочный перевод либо искусственное сооружение). Никаких регулярных отличительных признаков в шуме качения не выявлено. Именно шум качения целесообразно использовать в качестве основного источника информации о приближении поезда.

3. В исследуемом шуме можно выделить удары колесных пар о стыки. На бесстыковых путях хорошо обнаруживаются только удары 2-4 первых колесных пар поезда об одиночные стыки. Удары о стык последующих колесных пар ослабляются в 10-50 раз. Парные удары, вызванные последовательными ударами о стык колесных пар двухосной тележки пассажирского вагона, при скоростях поезда более 120 км/ч сливаются в одиночные.

4. На звеньевых путях удары о стыки и шум качения сливаются в широкополосный шум, имеющий максимум спектра в области 800-2500 Гц. Отдельные удары колес о стыки при скорости поезда 50 км/ч и более практически неразличимы. Использование звука ударов о стыки для идентификации приближающегося поезда возможно, но трудно реализуемо в силу большой зависимости от скорости поезда и качества пути.

Эти выводы были использованы при разработке прототипа устройства «Сигнализатор П». В процессе опытной эксплуатации его в 2011 г. на Октябрьской железной дороге был сделан анализ еще более 100 фонограмм приближения поездов. Первоначальные экспериментальные данные и сделанные выводы подтверждены.

1. Определение источников шума на подвижном составе // Железные дороги мира. - 1998. - № 10 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.css-rzd.ru/ZDM/10-1998/7136.htm, свободный. Яз. рус. (дата обращения 09.04.2012).

2. Шум качения и методы борьбы с ним // Железные дороги мира. - 2003. - № 12 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.css-rzd.ru/zdm/12-2003/03069-1.htm, свободный. Яз. рус. (дата обращения 09.04.2012).

Бибиков Сергей Викторович - ООО «Центр речевых технологий», зам. технического директора, bibikov@speechpro.com

Шапарь Александр Владимирович - Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики, студент, shapar.av@gmail.com

УДК 004.9, 535.6, 681.78

НАСТРОЙКА ЦВЕТОПЕРЕДАЧИ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗРЕНИЯ ПО МЕТОДУ «ОПОРНЫХ ЦВЕТОВ» Е.В. Горбунова, Д.Д. Шитов

Предложена методика настройки цветопередачи оптико-электронных систем технического зрения на базе использования тестовой таблицы, позволяющая осуществлять цветовой анализ наблюдаемых объектов с заданной точностью. Ключевые слова: анализ цвета, цветопередача, тестовая таблица, преобразование цветового пространства.

На сегодняшний день оптико-электронные системы технического зрения (ОЭС ТЗ) широко применяются для решения различных задач наблюдения и контроля в научно-технической и промышленной

Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2012, № 5 (81)