АВАРИЙНЫЙ РАДИОБУЙ Российский патент 2006 года по МПК G01S1/68 

Предлагаемый аварийный радиобуй относится к радиотехнике и может использоваться для передачи информации и определения координат объектов, терпящих бедствие, в космической системе спасения аварийных самолетов и судов КОСПАС/САРСАТ.

Известен аварийный маяк в виде радиолокационного передатчика, который содержит блок питания, блок переключения и модуляции, передатчик с амплитудной модуляцией, передатчик с частотной модуляцией и антенну. Блок переключения и модуляции управляет поочередной работой передатчиков с паузой молчания после каждой передачи. Сигнал с частотной модуляцией позволяет быстро обнаружить и определить местоположение объекта, терпящего бедствие, морскими береговыми службами или судном, находящимся на определенном удалении от места аварии. Сигналы с амплитудной модуляцией дают возможность обнаружить потерпевших бедствие с борта самолета (патент Франции №2535065, G 01 S 1/68, 1984).

Недостатком известного технического решения является отсутствие возможности использования аварийного маяка в космической системе спасения, так как он не формирует сигнал на частоте 406 МГц.

Известен аварийный радиобуй, содержащий блок ввода сигнала активизации радиобуя, блок постоянной памяти, первый сумматор, первый, второй задающие кварцевые генераторы, амплитудный модулятор, первый, второй усилители мощности, формирователь управляющего напряжения, дуплексер, антенну, формирователь кода времени, блок делителей частоты, преобразователь параллельного кода в последовательный, формирователь модулирующего сигнала, фазовый детектор, второй сумматор, усилитель постоянного тока, управляющий генератор, умножитель частоты на два и делитель частоты с коэффициентом 40. Указанный аварийный радиобуй выбран в качестве прототипа и обеспечивает автоматическое включение радиобуя по показаниям датчиков аварийной ситуации с регистрацией времени, прошедшего с момента аварии (патент РФ №2060512, G 01 S 1/68, 1996).

Недостатком известного аварийного радиобуя является отсутствие возможности использовать сложные сигналы с фазовой манипуляцией, которые позволяют повысить надежность передачи тревожной информации и точность определения координат объектов, терпящих бедствие.

Технической задачей изобретения является повышение надежности передачи тревожной информации и точности определения координат объектов, терпящих бедствие, путем использования сложных сигналов с фазовой манипуляцией.

Поставленная задача решается тем, что в аварийный радиобуй, содержащий блок ввода сигнала активизации радиобуя, блок постоянной памяти, первый и второй сумматоры, первый и второй задающие кварцевые генераторы, первый и второй усилители мощности, формирователь управляющего напряжения, дуплексер, антенну, формирователь кода времени, блок делителей частоты, преобразователь параллельного кода в последовательный, формирователь модулирующего сигнала, фазовый детектор, усилитель постоянного тока, управляющий генератор, умножитель частоты на два и делитель частоты с коэффициентом деления на 40, при этом первый выход блока ввода сигнала активизации радиобуя соединен с входом блока постоянной памяти, n выходов которого соединены с первыми n входами первого сумматора, с первым входом формирователя кода времени, второй выход блока ввода сигнала активизации радиобуя соединен с вторым входом первого сумматора, выходы первого и второго усилителей мощности через дуплексер подключены к антенне, выход второго задающего кварцевого генератора соединен с входом блока делителей частоты, первый выход которого соединен с вторым входом формирователя кода времени, n выходов которого соединены с третьими n входами первого сумматора, n выходов которого соединены с первыми n входами преобразователя параллельного кода в последовательный, второй вход которого соединен с вторым выходом блока делителей частоты, третьи n выходов которого соединены с n входами формирователя модулирующего сигнала, выход преобразователя параллельного кода в последовательный через формирователь управляющего напряжения соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом фазового детектора, к выходу второго сумматора последовательно подключены усилитель постоянного тока, управляемый генератор и умножитель частоты на два, выход управляемого генератора через делитель частоты с коэффициентом деления на 40 соединен с первым входом фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом второго задающего кварцевого генератора, введены первый и второй формирователи модулирующего кода, первый и второй фазовые манипуляторы, причем к выходу формирователя модулирующего сигнала последовательно подключены первый формирователь модулирующего кода и первый фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с выходом первого задающего кварцевого генератора, третий вход - с первым выходом блока ввода сигнала активизации радиобуя, а выход подключен к входу первого усилителя мощности, к выходу формирователя управляющего напряжения последовательно подключены второй формирователь модулирующего кода, второй фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с выходом делителя частоты на два, а выход подключен к входу второго усилителя мощности.

Структурная схема предлагаемого аварийного радиобуя представлена на фиг.1. Структурная схема блока ввода сигнала активизации радиобуя изображена на фиг.2. Структурная схема формирователя модулирующего сигнала представлена на фиг.3. Структурная схема формирователя кода времени изображена на фиг.4. Временные диаграммы, поясняющие принцип работы радиобуя, показаны на фиг.5.

Аварийный радиобуй содержит последовательно включенные блок 1 ввода сигнала активизации радиобуя, блок 2 постоянной памяти, первый сумматор 3, второй вход которого соединен с вторым выходом блока 1 ввода сигнала активизации радиобуя, преобразователь 14 параллельного кода в последовательный, второй вход которого соединен с первым выходом блока 13 делителей частоты, формирователь 8 управляющего напряжения, второй сумматор 17, усилитель 18 постоянного тока, управляемый генератор 19, умножитель 20 частоты на два, второй фазовый манипулятор 34, второй вход которого через второй формирователь 33 модулирующего кода соединен с выходом формирователя 8 управляющего напряжения, второй усилитель 9 мощности, дуплексер 10 и антенну 11. К выходу управляемого генератора 19 последовательно подключены делитель 21 частоты с коэффициентом деления 40 и фазовый детектор 16, второй вход которого соединен с выходом второго задающего кварцевого генератора 7, А выход подключен ко второму входу сумматора 17. Второй вход формирователя 12 соединен со вторым выходом блока 13 делителей частоты, третий выход которого соединен с первым выходом блока 1 ввода сигнала активизации радиобуя. К выходу второго задающего кварцевого генератора 7 последовательно подключены блок 13 делителей частоты, формирователь 15 модулирующего сигнала, первый формирователь 32 модулирующего кода, первый фазовый манипулятор 5, второй вход которого соединен с выходом первого задающего кварцевого генератора 4, третий вход - с первым выходом блока 1 ввода сигнала активизации радиобуя, и первый усилитель 6 мощности, выход которого соединен со вторым входом дуплексера 10.

Блок 1 ввода сигнала активизации радиобуя (фиг.2) содержит блок 22 датчиков автоматического включения. Кнопку 23 ручного включения, программируемый блок 24 постоянной памяти, два оперативных элемента 25 и 26 памяти, элемент ИЛИ 27.

Формирователь 15 модулирующего сигнала (фиг.3) содержит счетчик 28 и мультиплексор 29, причем четыре входа мультиплексора 29 и вход счетчика 28 соединены с соответствующими входами мультиплексора 29, выход которого является выходом формирователя 15 модулирующего сигнала.

Формирователь 12 кода времени (фиг.4) содержит делитель 30 частоты с коэффициентом деления 2700 и счетчик 31, причем вход делителя 30 частоты является входом сигнала с первого выхода блока 13 делителей частоты аварийного радиобуя, выход делителя 30 частоты соединен с первым входом счетчика 31, второй вход которого является входом сигнала с первого выхода блока 1 ввода сигнала активизации радиобуя, а выходы счетчика 31 являются выходами формирователя 12 кода времени.

Блок 13 делителей частоты выполнен в виде последовательно включенных делителей частоты с коэффициентами деления 5, 31, 82 и 256. Преобразователь 14 параллельного кода в последовательный выполнен в виде сдвигового регистра. Формирователь 8 управляющего напряжения выполнен в виде усилителя напряжения.

Аварийный радиобуй работает следующим образом.

В результате воздействия на датчики автоматического включения блока 22 либо на кнопку 23 ручного включения блока 1 ввода сигнала активизации аварийного радиобуя блок 1 вырабатывает потенциальный сигнал активизации радиобуя. Этот сигнал запускает формирователь 12 кода времени, осуществляющий отсчет времени с момента активизации радиобуя, блок 2 постоянной памяти, который формирует постоянную часть сообщения, передаваемого радиобуем на частоте 406 МГц, и включает фазовый манипулятор 5, который работает на частоте 121 МГц.

Модулирующий код M₁ (t) (фиг.5б), сформированный формирователем 32 модулирующего кода, поступает на первый вход фазового манипулятора 5, на второй вход которого подается гармоническое колебание с выхода задающего кварцевого генератора 4 (фиг.5а):

, 0≤t≤T₁,

где U₁, ω₁, ϕ₁, T₁ - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность гармонического колебания.

На выходе фазового манипулятора 5 образуется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн) (фиг.5в):

, 0≤t≤T_1,

где - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M₁(t) (фиг.5б), причем ϕ_к(t)=const при kτ_э<t<(k+1)τ_э и может изменяться скачком при t=kτ_э, т.е. на границах между элементарными посылками (к=1, 2,..., N₁);

τ_э, N₁ - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Т₁(Т₁=τ_ЭN₁,);

который через усилитель 6 мощности и дуплексер 10 поступает в антенну 11 и излучается в эфир. Причем модулирующий код M₁(t) состоит из двух частей: постоянной и переменной (аварийной).

Постоянная часть закладывается в сообщение заранее при установке радиобуя на подвижном объекте и содержит данные о государственной принадлежности объекта, его классе и индивидуальном номере.

Переменная часть сообщения, вводимая в момент включения радиобуя, содержит данные, которые необходимо знать для организации поисково-спасательной операции: характер аварии (пожар, столкновение, повреждение, разлом, мель, затопление, опасный крен и т.д.), координаты объекта, полученные в результате последних наблюдений.

Все эти данные в кодированной форме компонуются в виде кадра аварийного сообщения и после включения радиобуя в автоматическом режиме периодически посылаются для приема на борту ИСЗ. При этом одновременно измеряется доплеровское смещение несущей частоты радиобуя для определения в наземном комплексе его уточненных координат. Прием и расшифровка аварийного сообщения позволяют немедленно принять меры для организации поисково-спасательной операции.

Для работы аварийного радиобуя по каналу на частоте 406 МГц сигнал несущей частоты формируется управляемым генератором 19 и после умножения на два умножителем 20 частоты поступает на первый вход фазового манипулятора 34 (фиг.5г):

, 0≤t≤T₂

На второй вход фазового манипулятора 34 подается модулирующий код M₂(t) (фиг.5д). Модулирующий код M₂(t) содержит сведения, аналогичные сведениям, содержащимся в модулирующем коде M₁(t).

На выходе фазового манипулятора 34 образуется ФМн-сигнал (фиг.5е)

, 0≤t≤T_2,

который через усилитель 9 мощности и дуплексер 10 поступает в антенну 11 и излучается в эфир. Таким образом, организуется периодическая попеременная работа передающих устройств радиобуя.

Стабилизация частоты, генерируемой управляемым генератором 19, осуществляется кольцом фазовой автоподстройки. Для этого выходная частота управляемого генератора 19 делится делителем 21 частоты с коэффициентом деления 40 до значения, близкого частоте задающего кварцевого генератора 7. Сравнение частот задающего кварцевого генератора 7 и сигнала с выхода делителя 21 частоты происходит в фазовом детекторе 16. Сигнал рассогласования частот через усилитель 18 постоянного тока управляет частотой управляемого генератора 19. Модулирующий сигнал образуется на выходе формирователя 8 управляющего напряжения из последовательного кода, поступающего с выхода преобразователя 14 параллельного кода в последовательный с заданной тактовой частотой и периодом выдачи. Преобразователь 14 формирует последовательный код из параллельного кода постоянной части сообщения, поступающего с выходов блока 2 постоянной памяти, который дополнен кодом времени в сумматоре 3. Последний формируется формирователем 12 кода времени. Частоты сигналов, определяющих значения тактовой частоты передачи сообщения, периода излучения радиобуя, дискретность отсчета времени формируются в блоке 13 делителей частоты.

Блок 1 ввода сигнала активизации радиобуя работает следующим образом. При срабатывании одного или нескольких датчиков автоматического включения блока 22 на его выходе появляется параллельный код, который поступает на соответствующие адресные входы программируемого блока 24 постоянной памяти и по адресу выбирает информацию, которая записывается в оперативном элементе 25 памяти и поступает на второй выход блока 1 ввода сигнала активизации радиобуя непосредственно и через элемент ИЛИ 27 на первый выход блока 1. При нажатии кнопки 23 ручного включения информация записывается в оперативный элемент 26 памяти и через элемент ИЛИ 27 поступает на первый выход блока 1.

Формирователь 15 модулирующего сигнала работает следующим образом. Сетка модулирующих частот с третьего выхода блока 13 делителей частоты поступает на входы мультиплексера 29, а сигнал с тактовой частотой с того же выхода блока 13 поступает на вход счетчика 28, который формирует коды управления мультиплексером 29. Сигнал на выходе мультиплексера 29 представляет собой последовательность модулирующих частот.

Формирователь 12 кода времени работает следующим образом.

Сигнал после последовательного деления на 5, 31, 82 и 256 в блоке 13 делителей частоты с его первого выхода поступает на вход делителя 30 частоты с коэффициентом деления 2700. С выхода делителя 30 частоты сигнал с периодом 0,54 поступает на один из входов счетчика 31, на второй вход которого поступает сигнал с выхода блока 1 ввода сигнала активизации радиобуя, который является сигналом разрешения счета. На выходе счетчика 31 появляется код времени, прошедшего с момента активизации радиобуя.

Таким образом, предлагаемый аварийный радиобуй по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение надежности передачи тревожной информации и точности определения координат объектов, терпящих бедствие. Это достигается за счет использования сложных сигналов с фазовой манипуляцией, которые обладают высокой энергетической и структурной скрытностью, а также 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 радиобуями и селекцией их на приемной стороне с помощью частотных фильтров. Его можно заменить новым методом, основанным на одновременной работе каждого аварийного радиобуя во всем диапазоне частот сигналами со сложной структурой с выделением радиоприемным устройством сигнала необходимого радиобуя посредством его структурной селекции.

Энергетическая скрытность сложных ФМн-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 сложных ФМн-сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемника.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для передачи информации и определения координат объектов, терпящих бедствие. Достигаемый технический результат - повышение надежности передачи тревожной информации и точности определения координат объектов, терпящих бедствие. Аварийный радиобуй содержит блок ввода сигнала активизации радиобуя, блок постоянной памяти, два задающих кварцевых генератора, формирователь управляющего напряжения, два усилителя мощности, дуплексер, антенну, формирователь кода времени, блок делителей частоты, преобразователь параллельного кода в последовательный, формирователь модулирующего сигнала, фазовый детектор, два сумматора, усилитель постоянного тока, два фазовых манипулятора, умножитель частоты на два, делитель частоты с коэффициентом 40, два формирователя модулирующего кода, управляемый генератор. 5 ил.

Аварийный радиобуй, содержащий блок ввода сигнала активизации радиобуя, блок постоянной памяти, первый и второй сумматоры, первый и второй задающие кварцевые генераторы, первый и второй усилители мощности, формирователь управляющего напряжения, дуплексер, антенну, формирователь кода времени, блок делителей частоты, преобразователь параллельного кода в последовательный, формирователь модулирующего сигнала, фазовый детектор, усилитель постоянного тока, управляемый генератор, умножитель частоты на два и делитель частоты с коэффициентом деления 40, при этом первый выход блока ввода сигнала активизации радиобуя соединен с входом блока постоянной памяти, n выходов которого соединены с первыми n входами первого сумматора, с первым входом формирователя кода времени, второй выход блока ввода сигнала активизации радиобуя соединен с вторым входом первого сумматора, выходы первого и второго усилителей мощности через дуплексер подключены к антенне, выход второго задающего кварцевого генератора соединен с входом блока делителей частоты, первый выход которого соединен с вторым входом формирователя кода времени, n выходов которого соединены с третьими n входами первого сумматора, n выходов которого соединены с первыми n входами преобразователя параллельного кода в последовательный, второй вход которого соединен с вторым выходом блока делителей частоты, третьи n выходов которого соединены с n входами формирователя модулирующего сигнала, выход преобразователя параллельного кода в последовательный через формирователь управляющего напряжения соединен с первым входом второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом фазового детектора, к выходу второго сумматора последовательно подключены усилитель постоянного тока, управляемый генератор и умножитель частоты на два, выход управляемого генератора через делитель частоты с коэффициентом деления 40 соединен с первым входом фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом второго задающего кварцевого генератора, отличающийся тем, что в него введены первый и второй формирователи модулирующего кода, первый и второй фазовые манипуляторы, причем к выходу формирователя модулирующего сигнала последовательно подключены первый формирователь модулирующего кода и первый фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с выходом первого задающего кварцевого генератора, третий вход - с первым выходом блока ввода сигнала активизации радиобуя, а выход подключен к входу первого усилителя мощности, к выходу формирователя управляющего напряжения последовательно подключены второй формирователь модулирующего кода и второй фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с выходом умножителя частоты на два, а выход подключен к входу второго усилителя мощности.