СИСТЕМА ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА, ТЕРПЯЩЕГО БЕДСТВИЕ НА ВОДЕ Российский патент 2002 года по МПК B63C9/20 

Система относится к спасательным средствам и может быть использована для обнаружения человека, терпящего бедствие на воде, и определения его местоположения.

Известны спасательные системы и устройства (авт. свид. СССР 385819, 431063, 637298, 765113, 988655, 1348256, 1505840, 1505841, 1588636, 1615054, 1643325, 1664653; патенты РФ 2000995, 2009956, 2038259, 2043259, 2051838; патенты США 3621501, 4889511; патент Великобритании 1145051; патент Дании 103118 и другие).

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является "Спасательный жилет" (авт. свид. 1664653, В 63 С 9/20, 1985), который и выбран в качестве прототипа.

Указанный спасательный жилет, одетый на человека, снабжен двумя источниками света и обеспечивает обнаружение человека, терпящего бедствие на воде.

Однако обнаружить источники света в светлое время и в условиях плохой погоды на больших расстояниях затруднительно.

Технической задачей изобретения является повышение надежности обнаружения человека, терпящего бедствие на воде, и определения его местоположения путем использования радиоизлучателя.

Поставленная задача решается тем, что система для обнаружения человека, терпящего бедствие на воде, включающая спасательный жилет, одетый на человека и содержащий два источника света, один из которых расположен в грудной области спасательного жилета, а другой - в заспинной его области, источник тока, два размыкателя электрической цепи и два сообщающиеся герметичные емкости, каждая из которых отделена от окружающей среды мембраной, при этом одна из герметичных емкостей расположена в грудной области спасательного жилета, а другая - в заспинной его области, мембрана каждой емкости связана с размыкателем электрической цепи соответствующего ей источника света посредством рычага, а оба источника света через размыкатели соединены с источником тока параллельно, снабжена двумя миниатюрными передатчиками с передающими антеннами, один из которых расположен в грудной области спасательного жилета, а другой - в заспинной его области, и приемником, установленным на пункте контроля и содержащим измерительный канал, состоящий из последовательно включенных приемной антенны, усилителя высокой частоты, смесителя, второй вход которого соединен с выходом гетеродина, усилителя промежуточной частоты, амплитудного детектора, линии задержки, блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом амплитудного детектора, блока интегрирования, блока деления, второй вход которого соединен с выходом блока вычитания, блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока формирования эталонного напряжения, вычислительного блока и блока регистрации, и четыре пеленгационных канала, каждый из которых состоит из последовательно включенных приемной антенны, усилителя высокой частоты, перемножителя, второй вход которого через ключ соединен с выходами усилителя промежуточной частоты и блока сравнения, узкополосного фильтра и фазометра, второй вход которого соединен с выходом гетеродина, а выход подключен к соответствующему входу блока регистрации, причем приемные антенны размещены в виде геометрического прямого угла, в вершине которого помещена приемная антенна измерительного канала, общая для приемных антенн пеленгационных каналов, расположенных в азимутальной и угломестной плоскостях, образуя тем самым в каждой плоскости две измерительные базы d и 2d, между которыми установлено неравенство:
d/λ<1/2<2d/λ,
где λ - длина волны;
при этом меньшими базами d образованы грубые, но однозначные шкалы отсчета углов, а большими базами 2d образованы точные, но неоднозначные шкалы отсчета углов.

Сущность изобретения состоит в том, что спасательный жилет, одетый на человека, терпящего бедствие на воде, снабжен радиоизлучателем, а на пункте контроля периодически производится не менее двух последовательных измерений интенсивности принимаемого сигнала, определяется разностный сигнал двух последовательных измерений, интегрируется разностный сигнал, делится разностный сигнал на проинтегрированный разностный сигнал и сравнивается полученное значение с заданным пороговым значением. Это позволяет компенсировать помехи естественного (грозовая активность, возмущения в ионосфере и т. д. ) и искусственного (промышленные установки, радиотехнические средства коммуникаций и т.п.) происхождения и на определенной частоте обнаружить сигнал радиоизлучателя.

Для определения координат радиоизлучателя используется фазовый метод пеленгации, которому свойственно противоречие между точностью и однозначностью определения координат источника излучения сигналов бедствия. С целью устранения этого противоречия в каждой плоскости используются две шкалы отсчета: большая - точная, но неоднозначная и малая - грубая, но однозначная.

На фиг.1 схематично изображен спасательный жилет с источниками света 1, 2 и передатчиками 19, 20 с передающими антеннами 21, 22, одетый на человека; на фиг. 2 - то же, разрез. Структурная схема приемника, размещаемого на пункте контроля, изображена на фиг.3. Взаимное расположение приемных антенн показано на фиг.4.

Система содержит спасательный жилет с источниками 1 и 2 света, передатчиками 19 и 20 с передающими антеннами 21 и 22 соответственно и приемником, установленном на пункте контроля.

Спасательный жилет, кроме того, состоит из источника 3 энергии, кабелей 4 и 5 подвода энергии к источникам света 1, 2 и передатчикам 19, 20, патронов 6 и 7, мембран 8, 9 и связанных с ними рычагов 1 и 11 с контактниками 12 и 13, а также герметичной пневмомагистрали 14, связывающей герметичные воздушные полости 15 и 16. Места ввода кабелей 4 и 5 от источника энергии 3 в полости 15 и 16 загерметизированы уплотнительными кольцами 17 и 18. Источник света 1 и передатчик 19, источник света 2 и передатчик 20 подключены параллельно к источнику энергии 3.

Приемник, установленный на пункте контроля, содержит измерительный канал и четыре пеленгационных канала. Измерительный канал состоит из последовательно включенных приемной антенны 23, усилителя 28 высокой частоты, смесителя 34, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 33, усилителя 35 промежуточной частоты, амплитудного детектора 36, линии задержки 37, блока 38 вычитания, второй вход которого соединен с выходом амплитудного детектора 36, блока 39 интегрирования, блока 40 деления, второй вход которого соединен с выходом блока 38 вычитания, блока 42 сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока 41 формирования эталонного напряжения, вычислительного блока 43 и блока 57 регистрации.

Каждый пеленгационный канал состоит из последовательно включенных приемной антенны 24 (25, 26, 27), усилителя 29 (30, 31, 32) высокой частоты, перемножителя 45 (46, 47, 48), второй вход которого через ключ 44 соединен с выходами усилителя 35 промежуточной частоты и блока 42 сравнения, узкополосного фильтра 49 (50, 51, 52) и фазометра 53 (54, 55, 56), второй вход которого соединен с выходом гетеродина 33, а выход подключен к соответствующему входу блока 57 регистрации.

Система работает следующим образом.

В положении, показанном на фиг.1, давление окружающей среды Р₂ на мембрану 9 больше, чем атмосферное давление Р₁ на мембрану 8. Мембрана 9 находится в поджатом, мембрана 8 в отжатом состоянии. Соответственно рычаг 11 отжимает контакт 13 от источника 2 света и передатчика 22, а рычаг 10 поджимает контакт 12 к источнику 1 света и передатчику 19. Источник 1 света горит, передатчик 19 излучает сигнал бедствия, источник 2 света не горит, передатчик 20 не работает.

Если человек совершает поворот относительно горизонтальной оси на 180^o, то тогда наверху оказывается источник 2 света и передатчик 20 с передающей антенной 22.

Давление среды на мембрану 8 становится больше, чем на мембрану 9, мембрана 8 поджимается, рычаг 10 размыкает контакт 12 с источником 1 света и передатчиком 19 с передающей антенной 21. Цепь разомкнута, источник 1 света гаснет, передатчик 19 выключается. Одновременно воздух из полости 15 перетекает через магистраль 14 в полость 16, мембрана 9 отжимается, рычаг 11 замыкает контакт 13 с источником 2 света и передатчиком 20 с передающей антенной 22. Источник 2 света загорается, а передатчик 20 излучает сигнал бедствия.

В ночное время и в хорошую погоду источник света может быть обнаружен визуально на значительном расстоянии. Однако в светлое время и в плохую погоду обнаружить источник света затруднительно.

Радиоизлучение является всепогодным и обеспечивает передачу сигнала бедствия на большие расстояния. При этом сигнал бедствия (SOS) излучается периодически с определенным периодом Т_п и длительностью Т_с на определенной частоте f_c, которая отводится именно для передачи сигнала бедствия и не занимается для передачи другой информации.

Приемник размещается на пункте контроля, который может быть размещен на суше, на кораблях различного назначения, в том числе и на кораблях поиска и спасения терпящих бедствие на воде, а также на летательных аппаратах (вертолетах, самолетах и космических аппаратах).

Приемные антенны 23-27, поднятые над поверхностью воды, например, с помощью летательного аппарата и расположенные в виде геометрического прямого угла (фиг.4), принимают сигнал бедствия:
U₁(t) = V_ccos[(w_c±Δw)t+ϕ₁];
U₂(t) = V_ccos[(w_c±Δw)t+ϕ₂];
U₃(t) = V_ccos[(w_c±Δw)t+ϕ₃];
U₄(t) = V_ccos[(w_c±Δw)t+ϕ₄];
U₅(t) = V_ccos[(w_c±Δw)t+ϕ₅], 0≤t≤T_c,
где V_c, w_с, T_c, ϕ₁-ϕ₅ - амплитуда, частота, длительность и начальные фазы сигналов бедствия, принятых антеннами 23-27;
±Δw - нестабильность несущей частоты сигнала бедствия, обусловленная различными дестабилизирующими факторами.

Регистрация сигнала бедствия осуществляется приемными антеннами 23-27. Зарегистрированный приемный сигнал U₁(t) с выхода приемной антенны 23 через усилитель 28 высокой частоты поступает на первый вход смесителя 34, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 33, частота w_г которого стабилизирована, например, кварцем
U_г(t)=V_гcos(w_гt+ϕ_г).

На выходе смесителя 34 образуется напряжение промежуточной (разностной) частоты
U_пр(t) = V_прcos[(w_пр±Δw)t+ϕ_пр], 0≤t≤Т_с,
где V_пp=1/2 K₁ V_c V_г;
K₁ - коэффициент передачи смесителя;
w_пp=w_с-w_г - промежуточная частота;
ϕ_пр = ϕ_c-ϕ_г.
Измерение интенсивности сигнала бедствия осуществляется измерителем напряженности электромагнитного поля, в качестве которого используется амплитудный детектор 36. В каждой точке наблюдения производится не менее двух последовательных измерений напряженности электромагнитного поля. Затем производится операция вычитания двух последовательных измерений. Для этого сигнал, соответствующий предыдущему измерению, задерживается линией 37 задержки до момента сравнения его с последующим сигналом в блоке 38 вычитанием. Операции интегрирования разностного сигнала и деления разностного сигнала на проинтегрированный разностный сигнал производятся в блоках 39 и 40 соответственно. В блоке 42 осуществляется сравнение нормированного сигнала с пороговым значением сигнала, задаваемым блоком 41. В вычислительном блоке 43 осуществляется обработка результатов измерения, а их индикация осуществляется блоком 57.

Указанные выше операции позволяют компенсировать помехи естественного (грозовая активность, возмущения в ионосфере и т. д.) и искусственного (промышленные установки, радиотехнические средства коммуникаций и т.п.) происхождения и на определенной частоте w_с обнаружить сигнал бедствия.

Сигнал с выхода блока 42 сравнения одновременно поступает на управляющий вход ключа 44, открывая его. В исходном состоянии ключ 44 всегда закрыт.

При этом сигналы U₂(t)-U₅(t), принятые антеннами 24-27 через усилители 29-32 высокой частоты, поступают на первые входы перемножителей 45-48 соответственно, на вторые входы которых подается напряжение U_пp(t) с выхода усилителя 35 промежуточной частоты через открытый ключ 44.

На выходах перемножителей 45-48 образуются следующие гармонические колебания:
U₆(t) = V₆cos[(w_гt+ϕ_г+Δϕ₁);
U₇(t) = V₆cos[(w_гt+ϕ_г+Δϕ₂);
U₈(t) = V₆cos[(w_гt+ϕ_г+Δϕ₃);
U₉(t) = V₆cos[(w_гt+ϕ_г+Δϕ₄), 0≤t≤T_c,
где V₆=1/2 К₂ V_c V_пp;
K₂ - коэффициент передачи перемножителей;
Δϕ₁ = ϕ₂-ϕ₁ = 2πd/λcosα;
Δϕ₂ = ϕ₃-ϕ₁ = 2π2d/λcosα;
Δϕ₃ = ϕ₄-ϕ₁ = 2πd/λcosβ;
Δϕ₄ = ϕ₅-ϕ₁ =2π2d/λcosβ,
α, β - угловые координаты (азимут и угол места) источника излучения сигнала бедствия;
λ - длина волны;
d, 2d - измерительные базы, которые выделяются узкополосными фильтрами 49-52 и поступают на первые входы фазометров 53-56 соответственно.

На вторые входы фазометров 53-56 подается напряжение U_г(t) гетеродина 33. Фазометры 53-56 измеряют фазовые сдвиги Δϕ₁-Δϕ₄, которые регистрируются блоком 57 регистрации.

Зная высоту h полета летательного аппарата и измерив угловые координаты α и β, можно точно и однозначно определить координаты источника излучения сигнала бедствия (человека, терпящего бедствие на воде).

Приемник инвариантен к нестабильности несущей частоты принимаемых сигналов, так как пеленгация источника излучения сигнала бедствия осуществляется на стабильной частоте w_г гетеродина 33. Приемник также инвариантен к виду модуляции принимаемых сигналов, если сигналы бедствия имеют модуляцию (манипуляцию) одного из параметров.

Кроме того, за счет использования неподвижных изотропных приемных антенн значительно упрощается техническая реализация приемника на борту летательных аппаратов и объектов.

Таким образом, предлагаемая система повышает надежность обнаружения человека, терпящего бедствие на воде, и определения его местоположения путем использования радиоизлучателя. Для пеленгации источника излучения сигнала бедствия используется фазовый метод с использованием пяти изотропных приемных антенн, расположенных в виде геометрического прямого угла.

Система для обнаружения человека, терпящего бедствие на воде, содержит спасательный жилет с источниками света и передатчиками с передающими антеннами, а также приемник, установленый на пункте контроля. Приемник содержит приемные антенны 23-27, усилители 28-32 высокой частоты, гетеродин 3, смеситель 34, усилитель 35 промежуточной частоты, амплитудный детектор 36, линию задержки 37, блок 38 вычитания, блок 39 интегрирования, блок 40 деления, блок 41 формирования эталонного напряжения, блок 42 сравнения, вычислительный блок 43, ключ 44, перемножители 45-48, узкополосные фильтры 49-52, фазометры 53-56 и блок 57 регистрации. Такое выполнение системы обеспечивает повышение надежности обнаружения человека, терпящего бедствие на воде. 4 ил.

Система для обнаружения человека, терпящего бедствие на воде, включающая спасательный жилет, одетый на человека и содержащий два источника света, один из которых расположен в грудной области спасательного жилета, а другой - в заспинной его области, источник тока, два размыкателя электрической цепи и две сообщающиеся герметичные емкости, каждая из которых отделена от окружающей среды мембраной, при этом одна из герметичных емкостей расположена в грудной области спасательного жилета, а другая в заспинной его области, мембрана каждой емкости связана с размыкателем электрической цепи соответствующего ей источника света посредством рычага, а оба источника света через размыкатели соединены с источником тока параллельно, отличающаяся тем, что она снабжена двумя миниатюрными передатчиками с передающими антеннами, один из которых расположен в грудной области спасательного жилета, а другой - в заспинной его области, и приемником, установленным на пункте контроля и содержащим измерительный канал, состоящий из последовательно включенных приемной антенны, усилителя высокой частоты, смесителя, второй вход которого соединен с выходом гетеродина, усилителя промежуточной частоты, амплитудного детектора, линии задержки, блока вычитания, второй вход которого соединен с выходом амплитудного детектора блока интегрирования, блока деления, второй вход которого соединен с выходом блока вычитания, блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом блока формирования эталонного напряжения, вычислительного блока и блока регистрации, и четыре пеленгационных каналов, каждый из которых состоит из последовательно включенных приемной антенны, усилителя высокой частоты, перемножителя, второй вход которого через ключ соединен с выходами усилителя промежуточной частоты и блока сравнения, узкополосного фильтра и фазометра, второй вход которого соединен с выходом гетеродина, а выход подключен к соответствующему входу блока регистрации, причем приемные антенны размещены в виде геометрического прямого угла, в вершине которого помещена приемная антенна измерительного канала, общая для приемных антенн пеленгационных каналов, расположенных в азимутальной и угломестной плоскостях, образуя тем самым в каждой плоскости две измерительные базы d и 2d, между которыми установлено неравенство
d/_λ<1/2<2d/_λ,
где λ - длина волны,
при этом меньшими базами d образованы грубые, но однозначные шкалы отсчета углов, а большими базами 2d образованы точные, но неоднозначные шкалы отсчета углов.