Патент на изобретение №2201601

(54) СПУТНИКОВАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ СУДОВ И САМОЛЁТОВ, ПОТЕРПЕВШИХ АВАРИЮ

(57) Реферат:

Предлагаемая система, называемая системой КОСПАС-САРСАТ, предназначена для определения местоположения аварийных радиобуев (АРБ), передающих радиосигналы бедствия на частоте 121,5 МГц и в диапазоне частот 406-406,1 МГц. Техническим результатом изобретения является повышение точности и устранение неоднозначности определения местоположения судов и самолетов, потерпевших аварию. Это достигается тем, что система содержит первый 1 и второй 2 аварийные радиобуи, искусственный спутник Земли (ИСЗ) 3, первую 4, вторую 5, третью 6, четвертую 7 и пятую 8 приемные антенны, первое 9, второе 10 и третье 11 приемные устройства, первое 12 и второе 13 запоминающие устройства, передатчик 14 с антенной 15, пункт приема информации 16, приемное устройство 18 с приемной антенной 17, первое 19 и второе 20 устройства обработки информации, устройство 21 сопряжения с сетями связи, устройство 22 контроля и управления, устройство 23 связи поисково-спасательных организаций. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Предлагаемая система, называемая системой КОСПАС-САРСАТ, предназначена для определения местоположения аварийных радиобуев (АРБ), передающих радиосигналы бедствия на частоте 121,5 МГц и в диапазоне частот 406-406,1 МГц.

Известны следующие спутниковые системы:
– спутниковая система ИНМАРСАТ, представляющая для использования в Глобальной морской системе связи различные виды услуг, включая оповещение о бедствии и связь с использованием телефонии, буквопечатания, передачи данных и факсимиле;
– спутниковая система связи ИНТЕЛСАТ VI, состоящая из десяти независимых ретрансляторов – по одному на каждый луч антенны связи;
– ГЛОМАР – перспективная система спутниковой связи с подвижными объектами в диапазоне частот 1,5-1,6 МГц;
– система ЛОКСТАР, предназначенная для местоопределения подвижных объектов и ретрансляции радиосообщений;
– спутниковая система для определения местоположения судов и самолетов, попавших в аварию (патент РФ 2027195, G 01 S 5/12, 1992; Глобальная морская система связи при бедствии и для обеспечения безопасности. М.: Транспорт, 1989, с. 30, рис.12);
– система глобального автоматического контроля транспортных средств при нормальных и экстремальных условиях (патент РФ 2158003, G 01 S 7/00, 2000) и другие.

Из известных спутниковых систем связи в качестве базовой выбрана система КОСПАС-САРСАТ (Глобальная морская система связи при бедствии и для обеспечения безопасности. М.: Транспорт, 1989, с.30, рис.12), которая является совместной международной спутниковой системой поиска и спасения потерпевших бедствие, разработанной и в настоящее время управляемой организациями Канады, Франции, США, России, Австралии и Японии. Система КОСПАС-САРСАТ в период проведения испытаний и практического применения уверенно продемонстрировала возможности использования низкоорбитальных спутников, запущенных на околополярные орбиты, для глобального обнаружения и определения местоположения аварийных радиобуев (АРБ). Координаты АРБ определяются на основе измерения с помощью ИСЗ доплеровского смещения частоты принимаемого от АРБ сигнала. При этом несущая частота передатчика АРБ должна быть достаточно стабильной в течение времени взаимной радиовидимости АРБ-ИСЗ. Использование низковысотных околополярных спутников в системе позволяет оптимизировать применение эффекта Доплера, снизить требования к мощности излучения АРБ, получить сравнительно короткие временные интервалы между последовательными проходами ИСЗ над районами наблюдения и обеспечить глобальный последовательный охват Земли.

Однако решение задачи по определению координат АРБ за одно прохождение ИСЗ по доплеровским измерениям дает две пары координат по обе стороны от трассы прохождения спутника – истинные и ложные (зеркальные) координаты АРБ. Устранение указанной неоднозначности решается математическими методами, в основе которых лежит то обстоятельство, что симметричность доплеровских отсчетов нарушается в связи с вращением Земли. При достаточно высокой стабильности частоты излучения АРБ, что наблюдается в случае АРБ2, истинные координаты АРБ определяются за одно прохождение ИСЗ. При приеме сигналов от АРБ1 неоднозначность разрешается во время второго прохождения спутника, если это не удается сделать при первом прохождении.

Технической задачей изобретения является повышение точности и устранение неоднозначности определения местоположения судов и самолетов, потерпевших аварию.

Поставленная задача решается тем, что спутниковую систему для определения местоположения судов и самолетов, потерпевших аварию, содержащую на судах и самолетах аварийные радиобуи, на искусственных спутниках Земли, последовательно включенные второе приемное устройство с второй антенной, первое запоминающее устройство и передатчик с антенной, второй вход которого соединен с выходом первого приемного устройства с первой антенной, а третий вход – с выходом второго приемного устройства, на пунктах приема информации последовательно включенные приемное устройство с антенной, первое устройство обработки информации, устройство сопряжения с сетями связи, второй вход которого через второе устройство обработки информации соединен с выходом приемного устройства, устройство контроля и управления и устройство связи поисково-спасательных организаций, введены на искусственных спутниках Земли последовательно включенные третье приемное устройство с третьей, четвертой и пятой антеннами и второе запоминающее устройство, выход которого соединен с четвертым входом передатчика, пятый вход которого соединен с выходом третьего приемного устройства, причем первая и вторая антенны подключены также и к третьему приемному устройству, для передачи тревожной информации с аварийных радиобуев использованы сложные сигналы с фазовой манипуляцией.

Структурная схема спутниковой системы для определения местоположения судов и самолетов, потерпевших аварию, представлена на фиг.1. Структурная схема третьего бортового приемного устройства изображена на фиг.2. Взаимное расположение бортовых приемных антенн показано на фиг.3. Временные диаграммы, поясняющие принцип работы системы, изображены на фиг.4.

Система содержит первый 1 и второй 2 аварийные радиобуи, искусственный спутник Земли (ИСЗ) 3, первую 4, вторую 5, третью 6, четвертую 7 и пятую 8 приемные антенны, первое 9, второе 10 и третье 11 приемные устройства, первое 12 и второе 13 запоминающие устройства, передатчик 14 с антенной 15, пункт приема информации 16, приемное устройство 18 с приемной антенной 17, первое 19 и второе 20 устройства обработки информации, устройство 21 сопряжения с сетями связи, устройство 22 контроля и управления, устройство 23 связи поисково-спасательных организаций.

Причем к второй антенне 5 последовательно подключены второе приемное устройство 10, первое запоминающее устройство 12 и передатчик 14 с антенной 15, второй вход которого соединен с выходом первого приемного устройства 9 с первой приемной антенной 4, а третий вход – с выходом второго приемного устройства 10. К антеннам 4-8 последовательно подключены третье приемное устройство 11 и второе запоминающее устройство 13, выход которого соединен с четвертым входом передатчика 14, пятый вход которого соединен с выходом третьего приемного устройства 11.

Пункт приема информации 16 содержит последовательно включенные приемную антенну 17, приемное устройство 18, первое устройство 19 обработки информации, устройство 21 сопряжения с сетями связи, второй вход которого через второе устройство 20 обработки информации соединен с выходом приемного устройства 18, устройство 22 контроля и управления и устройство 23 связи поисково-спасательных организаций.

Третье приемное устройство 11 содержит измерительный и четыре пеленгационных канала.

Измерительный канал содержит последовательно включенные приемную антенну 4, первый смеситель 24, второй вход которого через первый гетеродин 30 соединен с выходом блока 29 поиска, усилитель 31 первой промежуточной частоты, удвоитель 37 фазы, второй измеритель 39 ширины спектра, блок 40 сравнения, второй вход которого через первый измеритель 38 ширины спектра соединен с выходом усилителя 31 первой промежуточной частоты, пороговый блок 41, второй вход которого через линию задержки 42 соединен с его выходом, ключ 43, второй вход которого соединен с выходом усилителя 31 первой промежуточной частоты, второй смеситель 45, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 44, усилитель 46 второй промежуточной частоты, первый перемножитель 48, второй вход которого соединен с выходом фильтра 51 нижних частот, узкополосный фильтр 50, второй перемножитель 49, второй вход которого соединен с выходом усилителя 46 второй промежуточной частоты, фильтр 51 нижних частот и сумматора 64, выход которого является выходом третьего приемного устройства 11. При этом управляющий вход блока 29 поиска соединен с выходом порогового блока 41. Удвоитель фазы 37, измерители 38 и 39 ширины спектра, блок 40 сравнения, пороговый блок 41, линия 42 задержки и ключ 43 образуют блок 36 обнаружения фазоманипулированного сигнала. Перемножители 48 и 49, узкополосный фильтр 50 и фильтр 51 нижних частот образуют демодулятор 47 фазоманипулированного сигнала.

Каждый пеленгационный канал состоит из последовательно включенных приемной антенны 5 (6, 7, 8), смесителя 25 (26, 27, 28), второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 30, усилителя 31 (33, 34, 35) первой промежуточной частоты, перемножителя 52 (53, 54, 55), второй вход которого соединен с выходом усилителя 46 второй промежуточной частоты, узкополосного фильтра 56 (57, 58, 59) и фазового детектора 60 (61, 62, 63), выход которого соединен с соответствующим входом сумматора 64. Причем вторые входы фазовых детекторов 60 и 62 первого и третьего пеленгационных каналов соединены с выходом второго гетеродина 44, вторые входы фазовых детекторов 61 и 63 третьего и четвертого пеленгационных каналов соединены с выходами узкополосных фильтров 56 и 58 первого и третьего пеленгационных каналов соответственно.

Система работает следующим образом.

В состав системы (номинальная конфигурация) входят четыре спутника, два из которых представляются и поддерживаются стороной КОСПАС и два – стороной САРСАТ. В настоящее время имеются три типа АРБ: авиационные, морские и переносные (для использования на суше), которые излучают сигналы, обнаруживаемые и принимаемые спутниками системы КОСПАС-САРСАТ с целью последующей ретрансляции на наземные станции – пункты приема информации (ППИ) для обработки и определения местоположения аварийных радиобуев. Зона обслуживания системы КОСПАС-САРСАТ в режиме реального масштаба времени определения количеством и географическим расположением ППИ. Каждый ППИ обслуживает район с радиусом примерно 2500 км. В систему КОСПАС-САРСАТ входят 15 ППИ, дислоцированных в семи странах. В России ППИ расположены в Москве, Архангельске, Владивостоке и Новосибирске.

Сообщения о бедствии и координаты аварийного объекта передаются через центр управления системой (ЦУС) либо национальный спасательно-координационный центр, либо в другой ЦУС или соответствующую поисково-спасательную службу с целью развертывания поисково-спасательной операции.

В составе системы КОСПАС-САРСАТ в настоящее время используются АРБ1, работающие на частоте 121,5 МГц – международная авиационная аварийная частота – и в диапазоне частот 406-406,1 МГц, где используются АРБ2, технически более сложные, чем АРБ 1.

Важной особенностью нового поколения АРБ является включение в состав его излучения цифрового сообщения, которое несет информацию о принадлежности АРБ (страна), идентификационном номере судна или самолета и виде бедствия. В состав сообщения АРБ, установленных на судах, может быть также включена информация о местоположении судна, введенная вручную или автоматически от судовых радионавигационных приборов. В состав АРБ2 может быть также включен передатчик, излучающий сигналы для привода поисково-спасательных средств на АРБ. Информация о типе используемого приводного радиооборудования также включена в состав аварийного сообщения. Включение АРБ может производиться вручную или автоматически в зависимости от его модификации (морское, авиационное или переносное исполнение).

Координаты АРБ определяются на основе измерения с помощью ИСЗ доплеровского смещения частоты, принимаемого от АРБ.

Решение задачи по определению координат АРБ за одно прохождение ИСЗ по доплеровским измерениям дает две пары координат по обе стороны от трассы прохождения спутника – истинные и ложные (зеркальные) координаты АРБ. Устранение указанной неоднозначности решается математическими методами, в основе которых лежит то обстоятельство, что симметричность доплеровских отсчетов нарушается в связи с вращением Земли. При достаточно высокой стабильности частоты излучения АРБ, что наблюдается в случае применения АРБ2, истинные координаты АРБ определяются за одно прохождение ИСЗ. При приеме сигналов от АРБ1 неоднозначность разрешается во время второго прохождения спутника, если это не удается сделать при первом прохождении.

Для обнаружения сигналов АРБ и определения их местоположения используются два режима работы: режим приема и передачи информации в реальном масштабе времени и режим приема с запоминанием информации на борту ИСЗ и ее последующей передачи на пункт приема информации при нахождении ИСЗ в зоне радиовидимости ППИ. АРБ1 могут использоваться только в режиме непосредственной передачи, в то время как АРБ2 могут использоваться в обоих режимах работы.

Частота настройки приемного устройства равна 121,5 МГц, частота настройки приемных устройств 10 и 11 находится в диапазоне частот 406-406,1 МГц. Приемное устройство 9 имеет ширину полосы пропускания fп=25 кГц. Постоянный уровень выходного сигнала обеспечивается устройством автоматической регулировки усиления (АРУ). Приемное устройство 10 выполняет следующие функции: демодуляцию цифровых сообщений, принятых от АРБ2, измерение частоты принятого сигнала, привязку меток времени к проведенным измерениям. Приемное устройство 11 выполняет следующие функции:
– обнаружение и селекцию фазоманипулированных (ФМН) сигналов в заданном диапазоне частот;
– синхронное детектирование ФМН-сигналов;
– точную и однозначную пеленгацию АРБ2 фазовым методом;
– привязку результатов проведенных измерений к меткам времени.

Ширина диапазона поиска Df сигналов АРБ2 выбирается из условия обеспечения частотной селекции сигналов от отдельного радиобуя с требуемым количеством согласно выражению
Df = fcm+f_З(m-1),
где fc = 1/_Э – ширина спектра ФМН-сигналов;
f_З – ширина защитного частотного интервала;
m – число АРБ2, подлежащих контролю;
_Э – длительность элементарных посылок ФМН-сигналов.

Для определения координат АРБ2 в предлагаемой системе используется фазовый метод пеленгации, которому свойственно противоречие между точностью и однозначностью определения угловых координат АРБ2. С целью устранения этого противоречия в каждой плоскости используют две шкалы отсчета: большую – точную, но неоднозначную и малую – грубую, но однозначную:
d/<1/22d/.
При этом меньшая измерительная база d образует грубую, но однозначную шкалу пеленгации, а большая измерительная база 2d – точную, но неоднозначную шкалу пеленгации.

Просмотр заданного диапазона частот Df и поиск ФМН-сигналов АРБ2 осуществляются с помощью блока поиска 29, который периодически с периодом Тп по пилообразному закону изменяет частоту Wг₁ гетеродина 30. В качестве блока поиска 29 может быть использован генератор пилообразного напряжения.

Принимаемые ФМН-сигналы:
U₁(t) = Vccos[(WcW)t+к(t)+₁],
U₂(t) = Vccos[(WcW)t+к(t)+₂],
U₃(t) = Vccos[(WcW)t+к(t)+₃],
U₄(t) = Vccos[(WcW)t+к(t)+₄],
U₅(t) = Vccos[(WcW)t+к(t)+₅], 0tTc,
где Vc, Wc, Tc, ₁–₅ – амплитуда, несущая частота, длительность и начальные фазы сигналов;
W – нестабильность несущей частоты, обусловленная различными дестабилизирующими факторами;
к(t) = {0, }- манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t), причем к(t)= const при К_ЭЭ и может изменяться скачком при t=К_Э, т.е. на границах между элементарными посылками (К=1, 2,…, N-1) (фиг.4, а);
_Э, N – длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Тс(Тс=N_Э),
с выходов приемных антенн 4-8 поступают на первые входы смесителей 25-28, на вторые входы которых подается напряжение гетеродина 30 линейно изменяющейся частоты:

где Vг₁, Wг₁, – амплитуда, начальная частота и начальная фаза напряжения гетеродина 30;
=Df/Tп – скорость изменения частоты гетеродина (скорость перестройки);
Тп – период перестройки.

На выходах смесителей 25-28 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 32-35 первой промежуточной частоты выделяются напряжения первой промежуточной (разностной) частоты:





где Vnр=1/2К₁VcVг₁;
K₁ – коэффициент передачи смесителей;
Wnр₁=Wс-Wг₁ – первая промежуточная частота;





которые представляют собой сложные сигналы с комбинированной фазовой манипуляцией и линейной частотной модуляцией (ФМН – ЛЧМ) на промежуточной частоте.

Напряжения Unр₂(t)Uпр₅(t) поступают на первые входы перемножителей 52-55.

Напряжение Unр₁(t) с выхода усилителя 31 первой промежуточной частоты поступает на вход обнаружителя 36, состоящего из удвоителя 37 фазы, первого 38 и второго 39 измерителей ширины спектра, блока 40 сравнения, порогового блока 41, линии задержки 42 и ключа 43. На выходе удвоителя 37 фазы, в качестве которого может быть использован перемножитель, на два входа которого поступает один и тот же сигнал, образуется напряжение:

где V₆=1/2К₂ Vпр²;
К₂ – коэффициент передачи перемножителя.

Так как 2_К(t) = {0,2}, то в указанном напряжении манипуляция фазы уже отсутствует.

Ширина спектра f₂ второй гармоники сигнала определяется длительностью сигнала Тc (f₂= 1/Тc), тогда как ширина спектра ФМН-сигнала определяется длительностью _Э его элементарных посылок (fc = 1/_Э), т.е. ширина спектра второй гармоники сигнала в N раз меньше ширины спектра входного сигнала:
f/f₂ = N
Следовательно, при удвоении фазы ФМН-сигнала его спектр сворачивается в N раз. Это обстоятельство и позволяет обнаружить ФМН-сигнал путем фильтрации в узкой полосе частот даже тогда, когда его мощность на входе приемного устройства 11 меньше мощности шумов. Ширина спектра fс входного сигнала измеряется с помощью измерителя 38, а ширина спектра f₂ второй его гармоники измеряется с помощью
измерителя 39. Напряжения U₁ и U₂, пропорциональные fc и f₂, с выходов измерителей 38 и 39 ширины спектра сигналов поступают на два входа блока 40 сравнения. Так как U₁>>U₂, то на выходе блока 40 сравнения образуется положительное напряжение, которое превышает пороговый уровень Unор в пороговом блоке 41. Последний выбирается таким, чтобы его не превышали случайные помехи. Пороговый уровень превышается только при обнаружении ФМН-сигнала АРБ2. При превышении порогового напряжения Uпор в пороговом блоке 41 формируется постоянное напряжение, которое поступает на вход линии 42 задержки, на управляющий вход ключа 43, открывая его, и на управляющий вход блока 29 поиска, переводя его в режим остановки. В исходном состоянии ключ 43 всегда закрыт. С этого момента времени просмотр заданного частотного диапазона и поиск ФМН-сигналов прекращаются на время обработки обнаруженного сигнала, которое определяется временем задержки линии 42 задержки.

При прекращении перестройки гетеродина 30 усилителями 31-35 первой промежуточной частоты выделяются следующие напряжения:
Unp₆(t) = Vnpcos[(Wnp₁W)t+_К(t)+np₁],
Unp₇(t) = Vnpcos[(Wnp₁W)t+_К(t)+np₂],
Unp₈(t) = Vnpcos[(Wnp₁W)t+_К(t)+np₃],
Unp₉(t) = Vnpcos[(Wnp₁W)t+_К(t)+np₄],

Напряжение Uпр₆(t) с выхода усилителя 31 первой промежуточной частоты через открытый ключ 43 поступает на первый вход смесителя 45, на второй вход которого подается напряжение второго гетеродина 44

со стабильной частотой W₂.

На выходе смесителя 45 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 46 выдается напряжение второй промежуточной частоты

где Vnр₁=1/2К₁VnрVг₂,
Wnр₂=Wnр₁-Wг₂ – вторая промежуточная частота;

Это напряжение поступает на вход демодулятора 47 ФМН-сигналов, состоящего из первого 48 и второго 49 перемножителей, узкополосного фильтра 50 и фильтра 51 нижних частот.

Следует отметить, что необходимым условием работы фазовых демодуляторов является наличие опорного напряжения, имеющего постоянную начальную фазу и частоту, равную частоте принимаемого ФМН-сигнала.

Принципиально возможны три метода получения опорного напряжения:
– от местного генератора;
– с помощью вспомогательного пилот-сигнала, передаваемого по отдельному каналу;
– непосредственно из самого принимаемого ФМН-сигнала (В.И. Дикарев. Методы и технические решения приема и обработки радиосигналов. Учебник. – СПб, 2000, 533с.).

Первый метод не обеспечивает необходимой синфазности и синхронности колебаний, так как фаза и частота любого высокостабильного генератора изменяется под влиянием различных дестабилизирующих факторов.

Второй метод получения опорного напряжения также не нашел широкого практического применения, поскольку его техническая реализация приводит к потерям спектра и мощности в радиоканале на передачу пилот-сигнала.

Наибольшее распространение нашел метод выделения опорного напряжения непосредственно из принимаемого ФМН-сигнала.

Для выделения опорного напряжения непосредственно из принимаемого ФМН-сигнала могут быть использованы следующие приемы и операции: умножение фазы (частоты), сверка спектра сигнала по методу Костаса и его различные модификации, ремодуляция и генерация сигнала. Для фильтрации несущей используются как активные фильтры в виде петли ФАПЧ опорного генератора, так и пассивные фильтры.

Для реализации метода умножения фазы (частоты) разработан ряд интересных и оригинальных устройств, например схемы А.А. Пистолькорса, В.И. Сифорова, Д. Ф. Костаса и Г.А. Травина, от которых в значительной степени зависит качество когерентного приема и синхронного детектирования ФМН-сигналов. Эти устройства выполняют две основные функции: устраняют манипуляцию фазы в принимаемом ФМН-сигнале и осуществляют его фильтрацию на фоне помех и шумов. Однако указанным устройствам свойственен такой недостаток, как явление “обратной работы”, которое обусловлено скачкообразными переходами фазы опорного напряжения, выделяемого непосредственно из принимаемого ФМН-сигнала, из одного состояния ₀ в другое ₀+ под действием помех, кратковременного прекращения приема и других факторов. Эти переходы за время приема ФМН-сигнала происходят в случайные моменты времени.

Следовательно, двузначность фазы опорного напряжения, выделяемого непосредственно из принимаемого ФМН-сигнала, вытекает из самого процесса деления. Это легко показать аналитически.

Если умножить фазу напряжения Uпр₁₁(t) на два, т.е. подать его одновременно на два входа перемножителя, то на его выходе получим гармоническое напряжение
U₇(t) = V₇cos[2(Wnp₂W)t+2np₆],
где V₇=1/2К₂Vпр₁ ².

После деления фазы на два образуется опорное напряжение
U₈(t) = V₇cos[(Wnp₂W)t+np₆].
Если произвести деление фазы на два, то предварительно добавив к аргументу угол 2, не изменяет исходного напряжения, то после деления фазы на два получится опорное напряжение, сдвинутое по фазе на

Физически указанная двузначность фазы объясняется неустойчивой работой делителя фазы на два.

В предлагаемом приемном устройстве использован фазовый демодулятор 47, свободный от явления “обратной работы”.

Напряжение Uпр₁₁(t) (фиг. 4, б) с выхода усилителя 46 второй промежуточной частоты поступает на первые входы перемножителей 48 и 49. На второй вход перемножителя 49 с выхода узкополосного фильтра 50 подается опорное напряжение (фиг.4, в)
U₀(t) = V₀cos[(Wnp₂W)t+np₆].
В результате перемножения образуется результирующее напряжение

где V₉=1/2К₂Vnр₁V₀.

Аналог модулирующего кода (фиг. 4, г): U₉(t) = V₉cos_К(t) выделяется фильтром 51 нижних частот и поступает на первый вход сумматора 64 и на второй вход перемножителя 48. На выходе последнего образуется гармоническое напряжение
U₀(t) = V₀cos[(Wnp₂W)t+np₆], 0tTc,
где V₀=1/2К₂Vnр₁V₉.

Описанная выше работа фазового демодулятора 47 соответствует стационарному (устойчивому) режиму работы. Ему предшествует переходный режим работы в момент включения устройства, когда в полосе пропускания узкополосного фильтра 50 появляется гармоническое напряжение U₀(t). Это обусловлено переходными процессами, сопровождающимися появлением большого количества спектральных составляющих, среди которых будет присутствовать и гармоническое колебание с частотой (Wnp₂W).

Напряжение U₁₁(t) с выхода усилителя 46 второй промежуточной частоты одновременно подается на вторые входы перемножителей 52-55 пеленгационных каналов. На выходах перемножителей 52-55 образуются следующие гармонические напряжения:




где V₁₀=1/2K₂VnрVnр₁;
₁ = ₂–₁ = 2(d/)cos;
₂ = ₃–₁ = 2(d/)cos;
₃ = ₄–₁ = 2(d/)cos;
₄ = ₅–₁ = 2(d/)cos;
– угловые координаты АРБ2 (азимут и угол места),
которые выделяются узкополосными фильтрами 56-59 и поступают на первые входы фазовых детекторов 60-63 соответственно. На вторые входы фазовых детекторов 60 и 62 подается напряжение Uг₂(t) второго гетеродина 44. На вторые входы фазовых детекторов 61 и 63 подаются гармонические напряжения U₁₀(t) и U₁₂(t) с выходов узкополосных фильтров 60 и 62 соответственно.

Знаки “+” и “-” перед фазовыми сдвигами соответствуют диаметрально противоположным положениям приемных антенн 5 и 6, 7 и 8 относительно приемной антенны 4.

На выходах фазовых детекторах 60-63 образуются постоянные напряжения




где Vн₁=1/2К₃V₁₀Vг₂;
Vн₂=1/2K₃V₁₀ ²;
К₃ – коэффициент передачи фазовых детекторов;
₅ = ₁+₂ = 2(2d/)cos;
₆ = ₃+₄ = 2(2d/)cos;
которые подаются на соответствующие входы сумматора 64. Выход сумматора 64 является выходом третьего приемного устройства 11.

Зная высоту полета h ИСЗ и измерив с высокой точностью и однозначностью азимут и угол , можно определить местоположение аварийного радиобуя, а следовательно, и судна или самолета, потерпевшего аварию. В аналоге модулирующего кода U₉(t), выделяемого из принимаемого ФМН-сигнала, содержится вся необходимая информация о потерпевшем объекте (тип объекта, класс объекта, страна, авиакомпания, фирма, владелец и т.п.).

Приемные антенны 4-8 размещаются таким образом, что измерительные базы образуют симметрический крест, в пересечении которого помещается приемная антенна 4 измерительного канала, общая для антенн 5-8 пеленгационных каналов, размещенных в азимутальной и угломестной плоскостях (фиг.3). При этом в каждой плоскости меньшие базы d образуют грубые, но однозначные шкалы пеленгации, а большие базы 2d – точные, но неоднозначные шкалы пеленгации, между которыми выполняется следующее неравенство:
d/<1/2<2d//
Так, предлагается использовать фазовый метод пеленгации аварийных радиобуев с помощью пяти приемных антенн, расположенных в виде симметричного геометрического креста. При этом приемные антенны 4-8 располагаются на специальных панелях, аналогичных солнечным панелям, которые после вывода космического аппарата на орбиту раскрываются и располагаются по направлению к поверхности Земли (фиг.3).

Время задержки _З линии 42 задержки выбирается таким, чтобы можно было произвести обработку обнаруженного ФМН-сигнала. По истечении этого времени напряжение с выхода линии 42 задержки поступает на вход сброса порогового блока 41 и сбрасывает его в начальное (нулевое) состояние. При этом блок 29 поиска переводится в режим перестройки, а ключ 43 закрывается, т.е. переводится в исходное состояние. В случае обнаружения следующего ФМН-сигнала на другой несущей частоте, излучаемого аварийным радиобуем другого объекта, потерпевшего аварию, система работает аналогичным образом.

Вся полученная на борту ИСЗ 3 информация от аварийных радиобуев включается в состав формата цифрового сообщения, передаваемого на ППИ 16. Сформулированное цифровое сообщение передается со скоростью 2400 бит/с в реальном масштабе времени после предварительной обработки и одновременно записывается в запоминающие устройства 12 и 13. Передача информации из запоминающих устройств 12 и 13 производится в том же формате и с той же скоростью, что и в реальном масштабе времени, в результате чего ППИ 16 принимает хранящиеся в бортовых запоминающихся устройствах 12 и 13 сообщения АРБ2, накопленные за время полного витка спутника вокруг Земли.

Если в момент передачи информации из запоминающих устройств 12 и 13 на вход приемных устройств 10 или 11 спутника поступает сигнал от АРБ2, то передача прерывается для обработки сигнала, информация о котором после обработки включается в формат сообщения для передачи на ППИ16.

В сообщение включается соответствующее число в двоичном виде, показывающее вид режима передачи: реальный масштаб времени или из запоминающих устройств, кроме того, идентифицируется время передачи последнего сообщения из запоминающих устройств.

На вход бортового передатчика 14 подается информация от приемных устройств 9, 10, 11 и запоминающих устройств 12, 13. Мощность излучения передатчика 14 может регулироваться с наземного комплекса управления системой. В передающем устройстве 14 также используется фазовая манипуляция несущей частоты композиционным кодом в каскадах ее формирования (до умножения). Затем колебание переводится на частоту 1544,5 МГц, усиливается до необходимого уровня и излучается антенной 15 в направлении ППИ16.

На ППИ 16 принятый сигнал с выхода приемного устройства 18 поступает на устройства обработки информации 19 и 20. Причем устройство 19 обеспечивает обработку информации, поступающей от АРБ1, а устройство 20 обеспечивает обработку информации, поступающей от АРБ2. Обработанная информация сопрягается с сетями связи, по которым необходимая информация доводится до поисково-спасательных организаций.

Таким образом, предлагаемая спутниковая система для определения местоположения судов и самолетов, потерпевших аварию, по сравнению с прототипом и другими аналогичными техническими решениями обеспечивает повышение точности и устранение неоднозначности определения местоположения судов и самолетов, потерпевших аварию. Это достигается использованием в качестве тревожных сигналов сложных сигналов с фазовой манипуляцией и фазового метода пеленгации аварийных радиобуев.

С точки зрения обнаружения сложные сигналы с фазовой манипуляцией обладают энергетической и структурной скрытностью. Энергетическая скрытность данных сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени и по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого сложный ФМН-сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами и помехами. Причем энергия сложного ФМН-сигнала отнюдь не мала, она просто 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 ФМН-сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемных устройств.

Кроме того, сложные ФМН-сигналы позволяют применять новый вид селекции – структурную селекцию. Это значит, что появляется новая возможность разделять сигналы, действующие в одной и той же полосе частот и в одни и те же промежутки времени. Принципиально можно отказаться от традиционного метода разделения рабочих частот используемого диапазона между работающими аварийными радиобуями и селекцией их на борту ИСЗ с помощью частотных фильтров. Его можно заменить новым методом, основанным на одновременной работе каждым АРБ во всем диапазоне частот Df сигналами с фазовой манипуляцией с выделением приемными устройствами 10 и 11 сигнала необходимого АРБ посредством его структурной селекции.

Предлагаемая система инвариантна к виду модуляции и нестабильности несущей частоты, так как пеленгация аварийных радиобуев осуществляется на стабильной частоте Wг₂ второго гетеродина 44. Поэтому указанные факторы не оказывают влияния на фазовые измерения.

Кроме того, за счет использования панелей, на которых размещаются приемные антенны 4-8, значительно упрощается техническая реализация фазового метода пеленгации на борту летательного аппарата.

Формула изобретения

1. Спутниковая система для определения местоположения судов и самолетов, потерпевших аварию, содержащая на судах и самолетах аварийные радиобуи, на искусственных спутниках Земли последовательно включенные второе приемное устройство с второй антенной, первое запоминающее устройство и передатчик с антенной, второй вход которого соединен с выходом первого приемного устройства с первой антенной, а третий вход – с выходом второго приемного устройства, на пунктах приема информации последовательно включенные приемное устройство с антенной, первое устройство обработки информации, устройство сопряжения с сетями связи, второй вход которого через второе устройство обработки информации соединен с выходом приемного устройства, устройство контроля и управления и устройство связи поисково-спасательных организаций, отличающаяся тем, что в нее введены на искусственных спутниках Земли последовательно включенные третье приемное устройство с третьей, четвертой и пятой антеннами и второе запоминающее устройство, выход которого соединен с четвертым входом передатчика, пятый вход которого соединен с выходом третьего приемного устройства, причем первая и вторая антенны подключены также и к третьему приемному устройству, для передачи тревожной информации с аварийных радиобуев использованы сложные сигналы с фазовой манипуляцией.

2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что третье приемное устройство содержит измерительный и четыре пеленгационных каналов, при этом измерительный канал состоит из последовательно включенных первой антенны, первого смесителя, второй вход которого через первый гетеродин соединен с выходом блока поиска, первого усилителя первой промежуточной частоты, удвоителя фазы, второго измерителя ширины спектра, блока сравнения, второй вход которого через первый измеритель ширины спектра соединен с выходом первого усилителя первой промежуточной частоты, порогового блока, второй вход которого через линию задержки соединен с его выходом, ключа, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя первой промежуточной частоты, второго смесителя, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, усилителя второй промежуточной частоты, первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, узкополосного фильтра, второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, фильтра нижних частот и сумматора, выход которого является выходом третьего приемного устройства, при этом управляющий вход блока поиска соединен с выходом порогового блока, каждый пеленгационный канал состоит из последовательно включенных антенны, смесителя, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, усилителя первой промежуточной частоты, перемножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, узкополосного фильтра и фазового детектора, выход которого соединен с соответствующим входом сумматора, при этом вторые входы фазовых детекторов первого и третьего пеленгационных каналов соединены с выходом второго гетеродина, вторые входы фазовых детекторов второго и четвертого пеленгационных каналов соединены с выходами узкополосных фильтров первого и третьего пеленгационных каналов соответственно, приемные антенны измерительного и пеленгационных каналов размещены в виде симметричного геометрического креста, в пересечении которого помещена приемная антенна измерительного канала.

РИСУНКИ

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

Дата прекращения действия патента: 04.04.2003

Номер и год публикации бюллетеня: 18-2004

Извещение опубликовано: 27.06.2004