Патент на изобретение №2308059

(54) АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА АВАРИЙНОГО И ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ РЕГИОНА

(57) Реферат:

Изобретение относится к области контрольно-измерительных систем и может быть использовано при конструировании систем аварийного и экологического, в частности радиационного, мониторинга окружающей среды. Сущность: система содержит стационарные и мобильные контрольные посты, центральный контрольный пункт. Каждый стационарный и мобильный пост включает блок предварительной обработки информации, блок шифрования, блок помехоустойчивого кодирования, блок аналоговых сообщений, приёмопередатчик, блок управления, канал прямой и обратной связи. Каждый мобильный пост дополнительно содержит блок определения местоположения. Каждый приёмопередатчик содержит задающий генератор, фазовый манипулятор, первый смеситель, усилитель первой промежуточной частоты, первый усилитель мощности, фазовый детектор, блок помехоустойчивого кодирования, первый гетеродин, второй гетеродин, дуплексер, приёмопередающую антенну, полосовой фильтр, сумматор, первый усилитель второй промежуточной частоты, второй смеситель, второй усилитель мощности, первый перемножитель, ключ, второй перемножитель, амплитудный детектор, узкополосный фильтр, первый фазовращатель, второй фазовращатель, второй усилитель второй промежуточной частоты, третий смеситель. Технический результат: повышение достоверности получаемых результатов. 7 ил.

Предлагаемая система относится к области контрольно-измерительных систем и может быть использована при конструировании систем аварийного и экологического, в частности радиационного, мониторинга окружающей среды региона.

Известны системы аварийного и экологического мониторинга окружающей среды региона (патенты РФ №№2.138.126, 2.145.120, 2.150.126, 2.210.095, 2.257.598; Михья Э. и др. Система радиационного мониторинга окружающей среды. М., Атомная техника за рубежом, 1998, №11, с.21-25 и др.).

Из известных систем наиболее близкой к предлагаемой является Автоматизированная система аварийного и экологического мониторинга окружающей среды региона (патент РФ №2.257.598, G 01 W 1/06, 2004), которая и выбрана в качестве базовой системы.

Система содержит стационарные контрольные посты, мобильные контрольные посты, каналы прямой и обратной связи, центральный контрольный пункт. Каждый стационарный контрольный пост содержит детекторы, блок предварительной обработки, блок шифрования, блок помехоустойчивого кодирования, приемопередатчик, блок управления, канал прямой и обратной связи. Каждый мобильный контрольный пост содержит детекторы, блок предварительной обработки информации, блок шифрования, блок помехоустойчивого кодирования, приемопередатчик, блок управления, канал прямой и обратной связи, блок определения местоположения. Каждый приемопередатчик содержит задающий генератор, фазовый манипулятор, первый смеситель, первый гетеродин, усилитель первой промежуточной частоты, первый усилитель мощности, дуплексер, приемопередающую антенну, второй усилитель мощности, второй смеситель, второй гетеродин, усилитель второй промежуточной частоты, перемножитель, полосовой фильтр и фазовый детектор. Данная система обеспечивает обмен конфиденциальной информации между контрольными постами и диспетчерским центром путем использования двух частот и сложных сигналов с фазовой манипуляцией.

В приемниках, входящих в указанную систему, одно и то же значение второй промежуточной частоты w_пр2 может быть получено в результате приема сигналов на четырех частотах:

w_пр2=w₁-w_Г1, w_пр2=w_Г1-w_з1,

w_пр2=w_Г2-w₂, w_пр2=w_з2-w₂.

Следовательно, если частоты настройки w₁ и w₂ принять за основные каналы приема, то наряду с ними будут иметь место зеркальные каналы приема, частоты w_з1 и w_з2, которых отличаются от частот w₁ и w₂ на 2w_пр2 и расположены симметрично (зеркально) относительно гетеродинов w_Г1 и w_Г2 соответственно (фиг.6). Преобразование по зеркальным каналам приема происходит с тем же коэффициентом преобразования K_пр, что и по основным каналам. Поэтому они наиболее существенно влияют на избирательность и помехоустойчивость приемных устройств.

Кроме зеркального в супергетеродинных приемниках указанной системы существуют и другие дополнительные (комбинационные) каналы приема. В общем виде любой комбинационный канал приема имеет место при выполнения условия:

w_пр2=|±mw_кi±nw_Г1|, w_пp2=|±mw_кi±nw_Г2|.

где w_кi – частоты i-го комбинационного канала приема;

m, n, i – целые положительные числа.

Наиболее вредными комбинационными каналами приема являются каналы, образующиеся при взаимодействии первой гармоники частот сигналов с гармониками частот гетеродинов малого порядка (второй, третьей и т.д.), так как чувствительность приемников по этим каналам близка к чувствительности основных каналов. Так, четыре комбинационных канала при m=1 и n=2 соответствуют частотам:

w_к1=2w_Г1-w_пр2, w_к2=2w_Г1+w_пр2,

w_к3=2w_Г2-w_пр2, w_к4=2w_Г2+w_пр2.

Наличие ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальным и комбинационным каналам, приводит к снижению помехоустойчивости и достоверности обмена конфиденциальной информацией между контрольными постами и диспетчерским центром.

Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости и достоверности обмена конфиденциальной информацией между контрольными постами и диспетчерским центром путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам.

Поставленная задача решается тем, что автоматизированная система аварийного и экологического мониторинга окружающей среды региона, включающая стационарные контрольные посты с детекторами для измерения параметров и характеристик окружающей среды, мобильные контрольные посты с детекторами, каждый из которых включает блок определения местоположения, центральный контрольный пункт, блоки управления и приемопередатчики прямой и обратной связи контрольных постов с центральным контрольным пунктом, при этом каждый из стационарных и мобильных контрольных постов дополнительно содержит блок предварительной обработки информации, в который передаются данные измерений параметров и характеристик окружающей среды с датчиков стационарных и мобильных контрольных постов, а с блока предварительной обработки информация поступает в блок управления соответствующего контрольного поста, затем на блок шифрования от несанкционированного доступа и далее через блок помехоустойчивого кодирования в приемопередатчик, информация с которого поступает на центральный контрольный пункт, каждый приемопередатчик выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом блока помехоустойчивого кодирования, первого смесителя, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, усилителя первой промежуточной частоты, первого усилителя мощности, дуплексера, вход-выход которого соединен с приемопередающей антенной, второго усилителя мощности, второго смесителя, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина и первого усилителя второй промежуточной частоты, последовательно включенных первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, полосового фильтра и фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, а выход является выходом приемопередатчика, причем каждый из стационарных и мобильных контрольных постов излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частоте

w₁=w_пр1=w_Г2,

где w_пр1 – первая промежуточная частота;

w_Г2 – частота второго гетеродина;

а принимает на частоте

w₂=w_Г1,

где w_Г1 – частота первого гетеродина,

а центральный контрольный пункт, наоборот, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частоте w₂, а принимает на частоте w₁, частоты гетеродинов разнесены на значение второй промежуточной частоты

w_Г2-w_Г1=w_пр2,

снабжена двумя фазовращателями на +90° и на -90°, третьим смесителем, вторым усилителем второй промежуточной частоты, сумматором, вторым перемножителем, узкополосным фильтром, амплитудным детектором и ключом, причем к выходу второго гетеродина последовательно подключены первый фазовращатель, третий смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя мощности, второй усилитель второй промежуточной частоты, второй фазовращатель на +90°, сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя второй промежуточной частоты, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя мощности, узкополосный фильтр, амплитудный детектор и ключ, второй вход которого соединен с выходом сумматора, а выход подключен к первому входу первого перемножителя, при этом первый фазовращатель приемопередатчиков мобильных и стационарных контрольных постов изменяет фазу напряжения второго гетеродина на -90°, а первый фазовращатель приемопередатчика центрального контрольного пункта изменяет фазу напряжения второго гетеродина на +90°.

Структурная схема предлагаемой системы представлена на фиг.1. Структурная схема стационарного контрольного поста изображена на фиг.2. Структурная схема мобильного контрольного поста изображена на фиг.3. Структурная схема приемопередатчика, размещаемого на каждом стационарном и мобильном контрольном посте, изображена на фиг.4. Структурная схема приемопередатчика, размещаемого на центральном контрольном пункте, изображена на фиг.5. Частотная диаграмма, поясняющая процесс преобразования сигналов по частоте, показана на фиг.6. Временные диаграммы, поясняющие принцип работы приемопередатчика, показаны на фиг.7.

Система содержит стационарные контрольные посты 1 (С₁,…,С_n), мобильные контрольные посты 2 (М₁,…,М_m), каналы прямой и обратной связи 3, центральный контрольный пункт 4.

Каждый стационарный контрольный пост содержит детекторы Д₁-Д_к, блок 5.i предварительной обработки информации, блок 6.i шифрования, блок 7.i помехоустойчивого кодирования, приемопередатчик 8.i, блок 9i управления, канал 10.i прямой и обратной связи (i=1,…,n).

Каждый мобильный контрольный пост содержит детекторы Д₁-Д_к, блок 5.j предварительной обработки информации, блок 6.j шифрования, блок 7.j помехоустойчивого кодирования, приемопередатчик 8.j, блок 9.j управления, канал 10.j прямой и обратной связи, блок МП определения местоположения (j=1,…,m).

Каждый приемопередатчик выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора 11 (35), фазового манипулятора 12 (36), второй вход которого соединен с выходом блока 7 (37) помехоустойчивого кодирования, первого смесителя 13 (38), второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 14 (39), усилителя 15 (40) первой промежуточной частоты, первого усилителя 16 (41) мощности, дуплексера 17 (42), вход-выход которого соединен с приемопередающей антенной 18 (43), второго усилителя 19 (44) мощности, второго смесителя 20 (45), второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 21 (46), первого усилителя 22 (49) второй промежуточной частоты, сумматора 30 (52), второго перемножителя 31 (53), второй вход которого соединен с выходом второго усилителя 19 (44) мощности, узкополосного фильтра 32 (54), амплитудного детектора 33 (55), ключа 34 (56), второй вход которого соединен с выходом сумматора 30 (52), первого перемножителя 23 (57), второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 14 (39), полосового фильтра 24 (58) и фазового детектора 25 (59), второй вход которого соединен с выходом гетеродина 21 (46), а выход является выходом приемопередатчика 8i (8.j), последовательно подключенных к выходу второго гетеродина 21 (46) первого фазовращателя 26 (47) на +90° (-90°), третьего смесителя 27 (48), второй вход которого соединен с выходом второго усилителя 19 (44) мощности, второго усилителя 28 (50) второй промежуточной частоты и второго фазовращателя 29 (51) на +90°, выход которого соединен с вторым входом сумматора 30 (52).

Система работает следующим образом.

Каждый стационарный и мобильный контрольный пост состоит из детекторов Д₁-Д_к, измеряющих состояние окружающей среды (уровень гамма-излучения, температуру и т.п.), с выходов которых данные подаются на вход блока 5.1 предварительной обработки информации об этом состоянии среды. В этом блоке по программе, записанной в блоке 9.1 управления, производится определение интегральных параметров среды (средних за заданный период измерений значений, тренда и др.), сокращение объема передаваемой в канал связи информации, определение предварительной или аварийной ситуации, накопление и хранение данных предшествующих измерений и т.п. Например, спектрометрический детектор измеряет количество и энергию гаммаквантов, попавших в его сенсор за время измерения, например, за 1 час. Эти данные с выхода блока детекторов подаются на вход блока 5.1 предварительной обработки информации, где по полученному энергетическому спектру распределения определяется, например, превышение уровня излучения тех или иных радионуклидов в среде над пороговым уровнем, например аварийным.

Если такое превышение уровня произошло, то блок 9.1 управления по внутренней программе переходит в предварительный (или аварийный) режим работы, осуществляет экстренное вхождение в связь с центральным контрольным пунктом 4 и при необходимости оповещает персонал.

Если канал связи занят или неисправен, то производится хранение информации в запоминающем устройстве и повторный выход в связь.

В канал связи 10.1 передается предварительно обработанная – сжатая (за счет сокращения избыточности или малой информативности) информация. Например, можно значительно уменьшить объем передаваемой по каналу связи информации, используя быстрое преобразование Фурье полученного спектра. Соответственно, почти во столько же раз становится возможным увеличение количества работающих в этом канале контрольных постов. В ряде случаев достаточным является передача интегральных (усредненных по многим измерениям) значений контролируемого параметра среды, например уровня радиационного фона или превышение порога аварийного уровня. Выполнение этой функции блоком 5.1 предварительной обработки информации также приводит к значительному сокращению объема передаваемой информации. Выход этого блока соединяется с входом блока 6.1 шифрования, обеспечивающего, например, криптографическое шифрование от несанкционированного доступа. В этом случае обеспечивается защита системы от террористов, хакеров или кого-либо, не имеющих право получать, преобразовывать или вводить искаженную информацию, если не произошла компрометация секретных ключей. Выход последнего соединяется с входом блока 7.1 помехоустойчивого кодирования, обеспечивающего выявление и исправление ошибок на приеме в центральном контрольном пункте. Ошибки могут возникнуть из-за помех и шумов в канале связи и/или в приемной аппаратуре. Его выход соединяется с входом приемопередатчика 8.1, выход которого соединяется с входом канала связи. Управляющие входы всех указанных блоков соединены с выходом блока 9.1 управления, задающего режим их работы по внутренней программе или командам, передаваемым из центрального контрольного пункта (диспетчерского центра).

При включении задающего генератора 35 последний формирует гармоническое колебание (фиг.7,а)

u_c1(t)=U_c1·cos(w_ct+_c1), 0tТ_c1,

где U_c1, w_c, _c1, T_c1 – амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность колебания;

которое поступает на первый вход фазового манипулятора 36, на второй вход которого подается модулирующий код M₁(t) (фиг.7,б) с выхода блока 37 помехоустойчивого кодирования. На выходе фазового манипулятора 36 образуется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн) (фиг.7,в)

u₁(t)=U_c1·cos[w_ct+_к1(t)+_c1], 0tT_c1,

где _к1(t)={0,} – манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом М₁(t), при этом _к1(t)=const при к_ээ и может изменяться скачком при t=к_э, т.е. на границах между элементарными посылками (k=1,2,…,N-1);

_э, N – длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Т_с1 (Т_с1=N·_э), который поступает на первый вход смесителя 38, на второй вход которого подается напряжение первого гетеродина 39

u_Г1(t)=U_Г1·cos(w_Г1t+_Г1).

На выходе смесителя 38 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 40 выделяется напряжение первой промежуточной (суммарной) частоты

где

К₁ – коэффициент передачи смесителя;

w_пр1=w_с+w_Г1 – первая промежуточная частота (фиг.6);

_пр1=_с1+_Г1.

Это напряжение после усиления в усилителе 41 мощности через дуплексер 42 излучается приемопередающей антенной 43 в эфир на частоте w₁=w_пр1, улавливается приемопередающей антенной 18 центрального контрольного пункта (диспетчерского центра) и через усилитель 19 мощности поступает на первые входы смесителей 20 и 27, на вторые входы которых подается напряжение гетеродина 21:

u_Г1(t)=U_Г1·cos(w_Г1t+_Г1),

u_Г1 ^‘(t)=U_Г1·cos(w_Г1t+_Г1+90°).

На выходе смесителей 20 и 27 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 22 и 28 выделяются следующие напряжения:

где

w_пр2=w_пр1-w_Г1 – вторая промежуточная (разностная) частота;

_пр2=_пр1–_Г1;

напряжение u_пр3(t) с выхода усилителя 28 второй промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 29 на +90°, на выходе которого образуется напряжение

Напряжения u_пр2(t) и u_пр4(t) поступают на два входа сумматора 30, на выходе которого образуется суммарное напряжение

где U₁=2U_пр2.

Это напряжение поступает на первый вход перемножителя 31, на второй вход которого подается принимаемый сигнал u_пр1(t) с выхода 19 усилителя мощности. На выходе перемножителя 31 образуется гармоническое напряжение

u₂(t)=U₂·cos(w_Г1t+_Г1),

где

К₂ – коэффициент передачи перемножителя;

частота настройки w_н узкополосного фильтра 32 выбирается равной частоте w_Г1 гетеродина 21 (w_н=w_Г1). Поэтому гармоническое напряжение u₂(t) выделяется узкополосным фильтром 32, детектируется амплитудным детектором 33 и поступает на управляющий вход ключа 34, открывая его. В исходном состоянии ключ 34 всегда закрыт. При этом суммарное напряжение u₁(t) с выхода сумматора 30 через открытый ключ 34 поступает на первый вход перемножителя 23, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 14

u_Г2(t)=U_Г2·cos(w_Г2t+_Г2).

На выходе перемножителя образуется напряжение (фиг.7,г)

u₃(t)=U₃·cos[w_Г1t+_к1(t)+_Г1], 0tT_c1,

где

которое выделяется полосовым фильтром 24 и поступает на информационный вход фазового детектора 25. На опорный вход последнего подается напряжение u_Г1(t) гетеродина 21. На выходе фазового детектора 25 образуется низкочастотное напряжение (фиг.7,д)

u_н1(t)=U_н1·cos_к1(t), 0tT_c1,

где

К₃ – коэффициент передачи фазового детектора;

пропорциональное модулирующему коду M₁(t) (фиг.7,б). Это напряжение поступает в блок регистрации и анализа.

На центральном контрольном пункте 4 с помощью задающего генератора 11 формируется гармоническое колебание (фиг.7,е)

u_с2(t)=U_c2·cos(w_ct+_с2), 0tT_c2,

которое поступает на первый вход фазового манипулятора 12, на второй вход которого подается модулирующий код М₂(t) (фиг.7,ж) с выхода блока 7 помехоустойчивого кодирования. Модулирующий код М₂(t) может содержать сигналы запроса, команды на включение и выключение контрольных постов и т.д. На выходе фазового манипулятора 12 образуется сложный ФМн-сигнал (фиг.7,з)

u₄(t)=U_c2·cos[w_ct+_к2(t)+_c2], 0tT_c2,

который поступает на первый вход смесителя 13, на второй вход которого подается напряжение u_Г2(t) гетеродина 14. На выходе смесителя 13 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 15 выделяется напряжение разностной частоты

где

w₂=w_Г2-w_c;

_пр5=_Г2–_с2.

Это напряжение после усиления в усилителе 16 мощности через дуплексер 17 поступает в приемопередающую антенну 18, излучается ею на частоте w₂ в эфир, улавливается антенной 43 и через дуплексер 42 и усилитель 44 мощности поступает на первые входы смесителей 45 и 48, на вторые входы которых подаются напряжения гетеродина 46:

u_Г2(t)=U_Г2·cos(w_Г2t+_Г2),

u_Г2 ^‘(t)=U_Г2·cos(w_Г2t+_Г2-90°).

На выходах смесителей 45 и 48 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 49 и 50 выделяются следующие напряжения:

где

w_пр2=w_Г2-w₂ – вторая промежуточная частота;

_пр6=_Г2–_пр5;

напряжение и u_пр7(t) с выхода усилителя 50 второй промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 51 на +90°, на выходе которого образуется напряжение

Напряжения u_пр6(t) и u_пр8(t) поступают на два входа сумматора 52, на выходе которого образуется суммарное напряжение

где U₂=2U_пр6.

Это напряжение поступает на первый вход перемножителя 53, на второй вход которого подается принимаемый сигнал u_пр5(t) с выхода усилителя 44 мощности. На выходе перемножителя 53 образуется гармоническое напряжение

u₅(t)=U₅·cos(w_Г2t+_Г2),

где

которое выделяется узкополосным фильтром 54 (w_н=w_Г2), детектируется амплитудным детектором 55 и поступает на управляющий вход ключа 56, открывая его. При этом суммарное напряжение u₂(t) с выхода сумматора 52 через открытый ключ 56 поступает на первый вход перемножителя 57, на второй вход которого подается напряжение u_Г1(t) гетеродина 39. На выходе перемножителя 57 образуется напряжение (фиг.7,и)

u₆(t)=U₆·cos[w_Г2t+_к2(t)+_Г2], 0tT_c2,

где

которое выделяется полосовым фильтром 58 и поступает на информационный вход фазового детектора 59, на опорный вход которого подается напряжение u_Г2(t) гетеродина 46. На выходе фазового детектора 59 образуется низкочастотное напряжение (фиг.7,к)

u_н2(t)=U_н2·cos_к2(t), 0tT_c2,

где

пропорциональное модулирующему коду M₂(t) (фиг.7,ж).

При этом частоты w_Г1 и w_Г2 гетеродинов 39 (21) и 46 (14) разнесены на вторую промежуточную частоту

w_Г2-w_Г1=w_пр2.

Каждый стационарный и мобильный контрольный пост излучает сложные ФМн-сигналы на частоте w₁=w_пр1=w_Г2, а принимает на частоте w₂=w_Г1.

Центральный контрольный пункт (диспетчерский центр), наоборот, излучает сложные ФМн-сигналы на частоте w₂, а принимает – на частоте w₁.

При этом защита конфиденциальной информации имеет три уровня: криптографический, энергетический и структурный.

Криптографический уровень обеспечивается специальными методами шифрования, кодирования и преобразования конфиденциальной информации, в результате которых ее содержание становится недоступным без предъявления ключа криптограммы и обратного преобразования.

Энергетический и структурный уровни, обеспечивающие применение сложных ФМн-сигналов, которые обладают высокой энергетической и структурной скрытностью.

Энергетическая скрытность данных сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени или по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого используемый сложный сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами и помехами. Причем энергия сложного сигнала отнюдь не мала, она просто равномерно распределена по частотно-временной области так, что в каждой точке этой области мощность сигнала меньше мощности шумов и помех.

Структурная скрытность сложных ФМн-сигналов обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку сложных ФМн-сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемника.

Сложные ФМн-сигналы открывают новые возможности в технике передачи конфиденциальных сообщений и их защите от несанкционированного доступа. Указанные сигналы позволяют применять новый вид селекции – структурную селекцию. Это значит, что появляется новая возможность выделять сложные ФМн-сигналы среди других сигналов и помех, действующих в одной и той же полосе частот и в одни и те же промежутки времени. Данная возможность реализуется сверткой спектра сложных ФМн-сигналов.

Описанная выше работа системы соответствует случаю приема полезных ФМн-сигналов по основным каналам на частотах w₁ и w₂ (фиг.6).

Если ложный сигнал (помеха)

u_з1(t)=U_з1·cos(w_з1t+_з1), 0tT_з1,

действует на входе приемопередатчика центрального контрольного пункта 4, то он с выхода антенны 18 через дуплексер 17 и усилитель 19 мощности поступает на первые входы смесителя 20 и 27, на вторые входы которых подаются напряжения u_Г1(t) и u_Г1 ^‘(t) гетеродина 21. На выходе смесителей 20 и 27, на вторые входы которых подаются напряжения комбинационных частот. Усилителями 22 и 28 выделяются следующие напряжения

u_пр9(t)=U_пр9·cos(w_пр2t+_пр9),

u_пр10(t)=U_пр9·cos(w_пр2t+_пр9+90°) 0tT_з1,

где

w_пр2=w_Г1-w_з1 – вторая промежуточная частота;

_пр9=_Г1–_з1;

напряжение u_пр10(t) с выхода усилителя 28 второй промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 29 на +90°, на выходе которого образуется напряжение

Напряжения u_пр9(t) и u_пр11(t), поступающие на два входа сумматора 30, на его выходе компенсируются.

Следовательно, ложный сигнал (помеха), принимаемый по первому зеркальному каналу на частоте w_з1, подавляется внешним кольцом, состоящим из смесителей 20 и 21, фазовращателей 26 и 29 на +90°, усилителей 22 и 28 второй промежуточной частоты, сумматора 30 и реализующим фазокомпенсационный метод.

Если ложный сигнал (помеха) принимается по первому комбинационному каналу на частоте w_к1, то он также подавляется внешним кольцом, реализующим фазокомпенсационный метод.

Если ложный сигнал (помеха)

u_к2(t)=U_к2·cos(w_к2t+_к2), 0tT_к2,

принимается по второму комбинационному каналу на частоте w_к2, то усилителями 22 и 28 второй промежуточной частоты выделяются следующие напряжения:

u_пр12(t)=U_пр12·cos(w_пр2t+_пр12),

u_пр13(t)=U_пр12·cos(w_пр2t+_пр12-90°),

где

w_пр2=w_к2-2w_Г1 – вторая промежуточная частота;

_пр12=_к2–_Г1.

Напряжение u_пр13(t) с выхода усилителя 28 второй промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 29 на +90°, на выходе которого образуется напряжение

Напряжения u_пр12(t) и u_пр14(t) поступают на два входа сумматора 30, на выходе которого образуется суммарное напряжение

где U₃=2U_пр12.

Это напряжение поступает на первый вход перемножителя 31, на второй вход которого подается принимаемый ложный сигнал (помеха) u_к2(t) с выхода усилителя 19 мощности. На выходе перемножителя 31 образуется гармоническое напряжение

u₇(t)=U₇·cos(2w_Г1t+_Г1),

где

которое не попадает в полосу пропускания узкополосного фильтра 32, ключ 34 не открывается и ложный сигнал (помеха), принимаемый по второму комбинационному каналу на частоте w_к2, подавляется. Для этого используется внутреннее кольцо, состоящее из перемножителя 31, узкополосного фильтра 32, амплитудного детектора 33 и ключа 34 и реализующее метод узкополосной фильтрации.

Если ложный сигнал (помеха)

u_з2(t)=U_з2·cos(w_з2t+_з2), 0tT_з2,

принимается по второму зеркальному каналу на частоте w_з2, то он с выхода антенны 43 через дуплексер 42 и усилитель 44 мощности поступает на первые входы смесителей 45 и 48, на вторые входы которых подаются напряжения u_Г2(t) и u_Г2 ^‘(t) гетеродина 46. На выходах смесителей 45 и 48 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 49 и 50 выделяются следующие напряжения:

u_пр15(t)=U_пр15·cos(w_пр2t+_пр15),

u_пр16(t)=U_пр15·cos(w_пр2t+_пр15+90°) 0tT_з2,

где

w_пр2=w_з2-w_Г2 – вторая промежуточная частота;

_пр15=_з2–_Г2.

Напряжение u_пр16(t) с выхода усилителя 50 поступает на вход фазовращателя 51 на +90°, на выходе которого образуется напряжение

Напряжения u_пр15(t) и u_пр17(t), поступающие на два входа сумматора 52, на его выходе компенсируются.

Следовательно, ложный сигнал (помеха), принимаемый по второму зеркальному каналу на частоте w_з2, подавляется внешним кольцом, состоящим из смесителей 45 и 48, фазовращателей 47 и 51 на -90° и на +90°, усилителей 49 и 50 второй промежуточной частоты, сумматора 52 и реализующим фазокомпенсационный метод.

По аналогичной причине подавляется и ложный сигнал (помеха), принимаемый по третьему комбинационному каналу на частоте w_к3.

Если ложный сигнал (помеха)

u_к4(t)=U_к4·cos(w_к4t+_к4), 0tT_к4

принимается по четвертому комбинационному каналу на частоте w_к4, то усилителями 49 и 50 второй промежуточной частоты выделяются следующие напряжения:

u_пр18(t)=U_пр18·cos(w_пр2t+_пр18),

u_пр19(t)=U_пр18·cos(w_пр2t+_пр18-90°), 0tТ_к4,

где

w_пр2=w_к4-2w_Г2 – вторая промежуточная частота;

_пр18=_к4–_Г2.

Напряжение u_пр19(t) с выхода усилителя 50 второй промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 51 на +90°, на выходе которого образуется напряжение

Напряжения u_пр18(t) и u_пр20(t) поступают на два входа сумматора 52, на выходе которого образуется суммарное напряжение

u₄(t)=U₄·cos(w_пр2t+_пр18), 0tT_к4,

где U₄=2U_пр18.

Это напряжение поступает на первый вход перемножителя 53, на второй вход которого подается принимаемый ложный сигнал (помеха) u_к4(t) с выхода усилителя 44 мощности. На выходе перемножителя 53 образуется гармоническое напряжение

u₈(t)=U₈·cos(2w_Г2t+_Г2),

где

которое не попадает в полосу пропускания узкополосного фильтра 54, ключ 56 не открывается и ложный сигнал (помеха), принимаемый по четвертому комбинационному каналу на частоте w_к4, подавляется. Для этого используется внутреннее кольцо, состоящее из перемножителя 53, узкополосного фильтра 54, амплитудного детектора 55 и ключа 56 и реализующее метод узкополосной фильтрации.

Таким образом, предлагаемая система по сравнению с прототипом обеспечивает повышение помехоустойчивости и достоверности обмена конфиденциальной информацией между контрольными постами и диспетчерским центром. Это достигается путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по первому зеркальному каналу на частоте w_з1, по второму зеркальному каналу на частоте w_з2, по первому комбинационному каналу на частоте w_к1, по второму комбинационному каналу на частоте w_к2, по третьему комбинационному каналу на частоте w_к3 и по четвертому комбинационному каналу на частоте w_к4.

Формула изобретения

Автоматизированная система аварийного и экологического мониторинга окружающей среды региона, включающая стационарные контрольные посты с детекторами для измерения параметров и характеристик окружающей среды, мобильные контрольные посты с детекторами, каждый из которых включает блок определения местоположения, центральный контрольный пункт, блоки управления и приемопередатчики прямой и обратной связи контрольных постов с центральным контрольным пунктом, при этом каждый из стационарных и мобильных контрольных постов дополнительно содержит блок предварительной обработки информации, в которой передаются данные измерений параметров и характеристик окружающей среды с датчиков и мобильных контрольных постов, а с блока предварительной обработки информация поступает в блок управления соответствующего контрольного поста, затем на блок шифрования от несанкционированного доступа и далее через блок помехоустойчивого кодирования в приемопередатчик, информация с которого поступает на центральный контрольный пункт, каждый приемопередатчик выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом блока помехоустойчивого кодирования, первого смесителя, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, усилителя первой промежуточной частоты, первого усилителя мощности, дуплексера, вход-выход которого соединен с приемопередающей антенной, второго усилителя мощности, второго смесителя, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, и первого усилителя второй промежуточной частоты, последовательно включенных первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, полосового фильтра и фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, а выход является выходом приемопередатчика, причем каждый из стационарных и мобильных контрольных постов излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частоте

w₁=w_пр1=w_Г2,

где w_пр1 – первая промежуточная частота;

w_Г2 – частота второго гетеродина,

а принимает на частоте

w₂=w_Г1,

где w_Г1 – частота первого гетеродина,

а центральный контрольный пункт, наоборот, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частоте w₂, а принимает на частоте w₁, частоты гетеродинов разнесены на значение второй промежуточной частоты

w_Г2-w_Г1=w_пр2,

отличающаяся тем, что она снабжена двумя фазовращателями на +90° и на -90°, третьим смесителем, вторым усилителем второй промежуточной частоты, сумматором, вторым перемножителем, узкополосным фильтром, амплитудным детектором и ключом, причем к выходу второго гетеродина последовательно подключены первый фазовращатель, третий смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя мощности, второй усилитель второй промежуточной частоты, второй фазовращатель на +90°, сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя второй промежуточной частоты, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя мощности, узкополосный фильтр, амплитудный детектор и ключ, второй вход которого соединен с выходом сумматора, а выход подключен к первому входу первого перемножителя, при этом первый фазовращатель приемопередатчиков мобильных и стационарных контрольных постов изменяет фазу напряжения второго гетеродина на -90°, а первый фазовращатель приемопередатчика центрального контрольного пункта изменяет фазу напряжения второго гетеродина на +90°.

РИСУНКИ

MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 17.05.2008

Извещение опубликовано: 20.03.2010 БИ: 08/2010