Компьютерная система дистанционного управления навигационными комплексами для автоматизированного мониторинга окружающей среды в условиях Арктики Российский патент 2020 года по МПК G01C21/00 

Предлагаемая система относится к области автоматизированного мониторинга окружающей среды в условиях Арктики, а именно состояния атмосферы и льда с одновременным определением координат собственного местоположения навигационных комплексов и передачей полученной информации по радиоканалам, и может быть использована в качестве средства мониторинга окружающей среды в зоне движения льда для безопасной проводки судов по северному морскому пути и обеспечения безопасности объектов нефтегазопромысловой и гидротехнической инфраструктуры на шельфе и в прибрежной зоне в ледовитых морях и в условиях ледяного покрова, в том числе и дрейфующего.

Известны системы мониторинга состояния льда и окружающей среды (авт. свид. СССР №№1.151.107, 1.341.594, 1.376.769, 1.788.487, 1.840.717; патенты РФ №№2.080.620, 2.137.153, 2.196.347, 2.251.128, 2.436.134, 2.449.326, 2.486.471, 2.487.365, 2.500.031, 2.583.234, 2.681.671; патенты США №№3.449.950, 4.231.039, 4.527.160, 4.608.568, 7.969.827; патенты Великобритании №№1.494.582, 1.499.388, 2.122.834; патенты Франции №№2.384.218, 2.592.959; патенты Германии №№2.800.074, 2.802.918; Ваулин Ю.В. и др. Навигационный комплекс автономного подводного робота и особенности его применения в условиях Арктики. Навигация, управление и связь, 2008, №1 (5), с. 24-31 и другие).

Из известных систем наиболее близкой к предлагаемой является «Компьютерная система дистанционного управления навигационными комплексами для автоматизированного мониторинга окружающей среды в условиях Арктики» (патент РФ №2.681.671, G01C 21/00, 2017), которая и выбрана в качестве прототипа.

Указанная система обеспечивает оперативный обмен дискретной информацией между диспетчерским пунктом и навигационными комплексами. Это достигается за счет дуплексной радиосвязи с использованием сложных сигналов с фазовой манипуляцией, компьютеров и космических аппаратов спутниковой системы связи в качестве ретрансляторов.

В состав известной системы входят супергетеродинные приемники, в которых одно и то же значение второй промежуточной частоты ω_пр2 может быть получено в результате приема сигналов на следующих частотах: ω₁, ω₂, ω_з1, ω_з2, то есть

ω_пр2=ω₁-ω_г1, ω_пр2=ω_г1-ω_з1,

ω_пр2=ω_г2-ω₂, ω_пр2=ω_з2-ω_г2.

Следовательно, если частоты настройки ω₁ и ω₂ принять за основные каналы приема, то наряду с ними существуют и зеркальные каналы приема, частоты ω_з1 и ω_з2 которых расположены симметрично (зеркально) относительно частот ω_г1 и ω_г2 первого и второго гетеродинов (фиг. 4). Преобразование по зеркальным каналам приема происходит с тем же коэффициентом преобразования К_пр, что и по основным каналам. Поэтому зеркальные каналы приема наиболее существенно влияют на избирательность и помехоустойчивость супергетеродинных приемников.

Кроме зеркальных, существуют и другие дополнительные (комбинационные) каналы приема.

В общем виде любой комбинационный канал приема имеет место при выполнении условий:

ω_пр2=| ± mω_кi ± nω_г1 |,

ω_пр2=| ± mω_кj ± nω_г2 |,

где ω_кi, ω_кj - частоты i-го и j-го комбинационных каналов приема;

m, n, i, j - целые положительные числа.

Наиболее вредными комбинационными каналами приема являются каналы, образующиеся при взаимодействии первой гармоники частоты сигнала с гармониками частот гетеродинов малого порядка (второй, третьей), так как чувствительность приемников по этим каналам близка к чувствительности основных каналов.

Так, четырем комбинационным каналам приема при m=1 и n=2 соответствуют частоты:

ω_к1=2ω_г1-ω_пр2, ω_к2=2ω_г1+ω_пр2,

ω_к3=2ω_г2-ω_пр2, ω_к4=2ω_г2+ω_пр2,

где 2ω_г1, 2ω_г2 - вторые гармоники частот первого и второго гетеродинов.

Наличие ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальным и комбинационным каналам, приводит к снижению избирательности, помехоустойчивости и достоверности дуплексной радиосвязи между диспетчерским пунктом и навигационными комплексами.

Технической задачей изобретения является повышение избирательности, помехоустойчивости и достоверности дуплексной радиосвязи между диспетчерским пунктом и навигационными комплексами путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам.

Поставленная задача решается тем, что компьютерная система дистанционного управления навигационными комплексами для автоматизированного мониторинга окружающей среды в условиях Арктики, содержащая, в соответствии с ближайшим аналогом, не менее трех навигационных комплексов, каждый из которых характеризуется наличием надводной и подводной секциями, соединенными кабелем, при этом надводная часть содержит блок управления, блок определения координат по системе спутниковой навигации, блок определения состояния атмосферы, подключенные к приемопередающему устройству, а подводная часть содержит подводный навигационный маяк, управляющие входы блока определения координат по системе спутниковой навигации, блока определения толщины ледового покрова, блока определения состояния атмосферы и подводного навигационного маяка соединены с соответствующими выходами блока управления, приемопередающее устройство, установленное на диспетчерском пункте, и космические аппараты спутниковой системы связи, при этом каждое приемопередающее устройство выполнено в виде последовательно подключенных к выходу блока управления компьютера задающего генератора, фазового манипулятора, второй вход которого через формирователь модулирующего кода соединен со вторым выходом компьютера, первого смесителя, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, усилителя первой промежуточной частоты, первого усилителя мощности, дуплексера, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, второго усилителя мощности, второго смесителя, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина и усилителя второй промежуточной частоты, последовательно включенных перемножителя, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, полосового фильтра и фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, а выход подключен к компьютеру, частоты ω_r1 и ω_r2 гетеродинов разнесены на значение второй промежуточной частоты

ω_г2-ω_г1=ω_пр2,

приемопередающее устройство диспетчерского пункта излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частоте

ω₁=ω_пр1=ω_г2,

где ω_пр1 - первая промежуточная частота, а принимает на частоте

ω₂=ω_пр3=ω_г1,

где ω_пр3 - третья промежуточная частота, а приемопередающие устройства навигационных комплексов, наоборот, излучают сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частоте ω₂, а принимают - на частоте ω₁, космические аппараты спутниковой системы связи ретранслируют сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частотах ω₁ и ω₂ с сохранением фазовых соотношений, отличается от ближайшего аналога тем, что каждое приемопередающее устройство снабжено колебательным контуром, узкополосным фильтром, амплитудным детектором, пороговым блоком и ключом, причем к выходу второго усилителя мощности последовательно подключены колебательный контур, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, узкополосный фильтр, амплитудный детектор, пороговый блок и ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, а выход подключен к первому входу перемножителя.

Геометрическая схема расположения диспетчерского пункта (ДП), навигационных комплексов (HКi, I=1, 2, …, n) и космических аппаратов (КА) спутниковой системы связи изображена на фиг. 1. Структурная схема приемопередающего устройства 1, установленного на диспетчерском пункте ДП, представлена на фиг. 2. Структурная схема приемопередающего устройства 1.i, установленного на i-ом навигационном комплексе, представлена на фиг. 3. Частотная диаграмма, иллюстрирующая преобразование сигналов по частоте, изображена на фиг. 4.

Каждое приемопередающее устройство 1 (1.i) выполнено в виде последовательно включенных блока 2 (2.i) управления, компьютера 3 (3.i), задающего генератора 4 (4.i), фазового манипулятора 6 (6.i), второй вход которого через формирователь 5 (5.i) модулирующего кода соединен с вторым выходом компьютера 3 (3.i), первого смесителя 8 (8.i), второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 7 (7.i), усилителя 9 (9.i) первой промежуточной частоты, первого усилителя 10 (10.i) мощности, дуплексера 11 (11.i), вход-выход которого связан с приемопередающей антенной 12 (12.i), второго усилителя 13 (13.i) мощности, второго смесителя 15 (15.i), второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 14 (14.i), усилителя 16 (16.i) второй промежуточной частоты, ключа 29 (29.i), перемножителя 17 (17.i), второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 7 (7.i), полосового фильтра 18 (18.i) и фазового детектора 19 (19.i), второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 14 (14.i), а выход подключен к второму входу компьютера 3 (3.i). К выходу второго усилителя 13 (13.i) мощности последовательно подключены колебательный контур 25 (25.i), второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 7 (7.i), узкополосный фильтр 26 (26.i), амплитудный детектор 27 (27.i) и пороговый блок 28 (28.i), выход которого соединен с вторым входом ключа 29 (29.i).

Блок 2 (2.i) может быть выполнен на базе микропроцессора. Блок 21.i определения координат по системе спутниковой навигации может быть выполнен на базе систем спутниковой навигации GPS и ГЛОНАСС и представляет собой приемник 21.i GPS сигналов с приемной антенной 20.i. Блок 22.i измерения толщины ледового покрова может быть выполнен на базе ультразвукового толщиномера. В качестве блока 23.i измерения состояния атмосферы может быть использован измерительный блок метеозонда.

Предпочтительно в составе комплекса используют блок электропитания, выполненный с возможностью подзарядки. В этом случае комплекс дополнительно содержит генератор электрической энергии, подключенный к входу блока электропитания. В качестве указанного генератора может быть использован ветрогенератор или генератор, использующий термопару.

В некоторых вариантах реализации блок 23.i определения состояния атмосферы выполнен с возможностью определения скорости ветра, температуры и влажности воздуха.

Штанга, на которой закреплен подводный навигационный маяк 24.i, может быть использован в качестве средства измерения толщины льда. Кроме того, на штанге может быть закреплен один из элементов термопары (второй элемент расположен над поверхностью льда), при этом генерированный термопарой электрический заряд поступает в аккумуляторную батарею. Мачта ветрогенератора может быть дополнительно использована в качестве антенны приемопередающих устройств.

Каждый используемый комплекс имеет свой индивидуальный код (идентификационный номер - ID), который приведен во всех радиограммах, отправляемых комплексом.

Совместное использование, по меньшей мере, трех навигационных комплексов обеспечивает ориентирование в пространстве подводного аппарата любого типа.

Навигационные комплексы обеспечивают выполнение следующих функций:

- подача сигналов подводной навигации;

- прием сигналов от навигационных спутниковых группировок;

- параллельное проведение измерений толщины льда;

- передача в эфир (по каналам спутниковой связи) собираемых данных в режиме он-лайн (в заданное время);

- о собственных координатах в настоящее время;

- о толщине льда, на котором они находятся в текущее время;

- о скорости ветра, давлении и влажности воздуха и температуре (по необходимости).

Установка и использование комплексов на заданном расстоянии обеспечивают возможность создания сети информационных комплексов в системе контроля движения льда и его состояния, для безопасной проводки судов по северному морскому пути и обеспечения безопасности объектов нефтегазопромысловой и гидротехнической инфраструктуры на шельфе и в прибрежной зоне в ледовитых морях и в условиях ледяного покрова, в том числе дрейфующего. Кроме того, установка и использование комплексов на заданном расстоянии обеспечивают возможность создания сети подводной навигации.

Основной особенностью системы, создаваемой при использовании устанавливаемых на лед комплексов, является возможность обеспечивать точный технический контроль состояния льда, его толщины, что позволяет при использовании специальных программных продуктов делать точный прогноз времени и качества формирования торосов, смещения льда и образования непроходимых для ледокольного флота ледовых условий. Кроме того, система указанных комплексов обеспечивает подводную навигацию.

Предлагаемая система работает следующим образом.

С целью передачи необходимой информации управления на избранный навигационный комплекс HКi (i=1, 2, …, n) на диспетчерском пункте ДП 1 с помощью блока 2 управления и компьютера 3 включается задающий генератор 4, который формирует высокочастотное гармоническое колебание

u_c(t)=U_c⋅Cos(ω_ct+ϕ_с), 0≤t≤Т_с,

где U_c, ω_с, ϕ_с, Т_с - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность гармонического колебания, которое поступает на первый вход фазового манипулятора 6, на второй вход которого подается модулирующий код M₁(t) с второго выхода компьютера 3. Указанный модулирующий код соответствует идентификационному номеру запрашиваемого навигационного комплекса. На выходе фазового манипулятора 6 образуется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн)

u₁(t)=U₁⋅Cos[ω_ct+ϕ_к1(t)+ϕ_с], 0≤t≤Т_с,

где ϕ_к1(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии модулирующим кодом M₁(t), причем ϕ_к1(t)=const при Кτ_э<t<(к+1)τ_э и может изменяться скачком при t=кτ_э, т.е. на границах между элементарными посылками (к=1, 2, …, N-1); τ_э, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Т_с(Т_с=τ_э⋅N).

Этот сигнал поступает на первый вход первого смесителя 8, на второй вход которого подается напряжение первого гетеродина 7

u_г1(t)=U_г1⋅Cos(ω_г1t+ϕ_г1).

На выходе смесителя 8 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 9 выделяется напряжение первой промежуточной (суммарной) частоты

u_пр1(t)=U_пр1⋅Cos[ω_пр1t+ϕ_к1(t)+ϕ_пр1], 0≤t≤T_c,

ω_пр1=ω_c+ω_г1=ω₁ - первая промежуточная (суммарная) частота;

ϕ_пр1=ϕ_с+ϕ_г1,

которое после усиления в усилитель 10 мощности через дуплексер 11 поступает в приемопередающую антенну 12, излучается ею на частоте ω₁ в эфир (в направлении навигационных комплексов), через КА-ретрансляторы, улавливается приемопередающей антенной 12.i навигационного комплекса и через дуплексер 11.i и усилитель 13.i мощности поступает на первый вход смесителя 15.i, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 14.i

u_г1(t)=U_г1⋅Cos(ω_г1t+ϕ_г1).

На выходе смесителя 15.i образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 16.i выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частоты

u_пр2(t)=U_пр2⋅Cos[ω_пр2t+ϕ_к1(t)+ϕ_пр2], 0≤t≤Т_с,

ω_пр2=ω_пр1-ω_г1 - вторая промежуточная (разностная) частота;

ϕ_пр2=ϕ_пр1-ϕ_г1.

Одновременно напряжение u_пр1(t) с выхода усилителя 13.i мощности поступает на первый вход колебательного контура 25.i, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 7.i

u_г2(t)=U_г2⋅Cos(ω_г2t+ϕ_г2).

Частота настройки ω_н2 колебательного контура 25.i и узкополосного фильтра 26.i выбирается равной частоте ω_г2 гетеродина 7.i (ω_н2=ω_г2). При поступлении на первый вход колебательного контура 25.i напряжения u_пр1(t) в нем возникает явление резонанса.

Выходное напряжение колебательного контура 25.i выделяется узкополосным фильтром 26.i, детектируется амплитудным детектором 27.i и поступает на вход порогового блока 28.i, где сравнивается с пороговым напряжением U_пор.

При резонансе выходного напряжения колебательного контура 25.i и узкополосного фильтра 26.i достигают максимального значения, выходное напряжение амплитудного детектора 27.i также достигает максимального значения U_max и превышает пороговый уровень U_пор в пороговом блоке 28.i (U_max>U_пор). И только при превышении порогового уровня U_пор в пороговом блоке 28.i формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 29.i, открывая его. В исходном состоянии ключ 29.i всегда закрыт. При этом напряжение u_пр2(t) с выхода усилителя 16.i второй промежуточной частоты через открытый ключ 29.i поступает на первый вход перемножителя 17.i, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 7.i

u_г2(t)=U_г2⋅Cos(ω_г2t+ϕ_г2).

На выходе перемножителя 17.i образуется напряжение

u₂(t)=U₂⋅Cos[ω_г1t-ϕ_к1(t)+ϕ_г1], 0≤t≤Т_с,

ω_г1=ω_г2-ω_пр2,

которое представляет собой ФМн сигнал на частоте ω_г1 гетеродина 14.i. Это напряжение выделяется полосовым фильтром 18.i и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 19.i, на второй (опорный) вход которого подается напряжение U_г1(t) гетеродина 14.i. На выходе фазового детектора 19.i образуется низкочастотное напряжение

u_н1(t)=U_н1⋅Cosϕ_к1(t), 0≤t≤Т_с,

пропорциональное модулирующему коду M₁(t). Это напряжение поступает в компьютер 3.i.

Частоты ω_г1 и ω_г2 гетеродинов разнесены на значение второй промежуточной частоты (фиг. 4)

ω_г2-ω_г1=ω_пр2.

Если идентификационный номер M_и(t) запрашиваемого навигационного комплекса соответствует модулирующему коду M₁(t), то в компьютере 3.i формируется команда, которая через блок 2.i управления воздействует на блоки 21.i, 22.i и 23.i, включая их. При этом информация с указанных блоков через компьютер 3.i поступает на вход формирователя 5.i модулирующего кода, где формируется суммарный модулирующий код:

M_Σ(t)=M_и(t)+M₂(t)+M₃(t)+M₄(t),

где M_и(t) - идентификационный номер навигационного комплекса;

M₂(t) - модулирующий код, отображающий координаты (долгота и широта) навигационного комплекса;

М₃(t) - модулирующий код, отображающий толщину льда;

M₄(t) - модулирующий код, отображающий скорость ветра, температуру и влажность воздуха.

Одновременно с этим включается задающий генератор 4.i, который формирует высокочастотное гармоническое колебание

u_ci(t)=U_ci⋅Cos(ω_ct+ϕ_ci), 0≤t≤T_ci,

которое поступает на первый вход фазового манипулятора 6.i, на второй вход которого с выхода формирователя 5.i модулирующего кода поступает суммарный модулирующий код M_Σ(t).

На выходе фазового манипулятора 6.i образуется сложный ФМн сигнал

u_3i(t)=U_3i⋅Cos[ω_ct+ϕ_к2(t)+ϕ_ci], 0≤t≤T_ci,

где ϕ_к2(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с суммарным модулирующим кодом M_Σ(t),

который поступает на первый вход смесителя 8.i, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 7.i

u_г2(t)=U_г2⋅Cos(ω_г2t+ϕ_г2).

На выходе смесителя 8.i образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 9.i выделяется напряжение третьей промежуточной частоты

u_пр3(t)=U_пр3⋅Cos[ω_пр3t-ϕ_к2(t)+ϕ_пр3], 0≤t≤T_ci,

ω_пр3=ω_г2-ω_с - третья промежуточная частота;

ϕ_пр3=ϕ_г2-ϕ_сi,

которое после усиления в усилителе 10.1 мощности через дуплексер 11.i поступает в приемопередающую антенну 12.i, излучается ею на частоте ω₂ в эфир (в направлении КА), переизлучается им в направлении диспетчерского пункта ДП, улавливается приемопередающей антенной 12 и через дуплексер 11 и усилитель 13 мощности поступает на первый вход смесителя 15, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 14

u_г2(t)=U_г2⋅Cos(ω_г2t+ϕ_г2).

На выходе смесителя 15 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 16 выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частоты

u_пр4(t)=U_пр4⋅Cos[ω_пр2t+ϕ_к2(t)+ϕ_пр2], 0≤t≤Т_с,

ω_пр2=ω_г2-ω_пр3 - вторая промежуточная (разностная) частота;

ϕ_пр2=ϕ_г2-ϕ_пр3.

Одновременно напряжение u_пр3(t) с выхода усилителя 13 мощности поступает на первый вход колебательного контура 25, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 7

u_г1(t)=U_г1⋅Cos(ω_г1t+ϕ_г1).

Частота настройки ω_н1 колебательного контура 25 и узкополосного фильтра 26 выбирается равной частоте ω_г1 гетеродина 7 (ω_н1=ω_г1). При поступлении на первый вход колебательного контура 25 напряжения u_пр3(t) в нем возникает явление резонанса.

Выходное напряжение колебательного контура 25 выделяется узкополосным фильтром 26, детектируется амплитудным детектором 27 и поступает на вход порогового блока 28, где сравнивается с пороговым напряжением U_пор.

При резонансе выходные напряжения колебательного контура 25 и узкополосного фильтра 26 достигают максимального значения, выходное напряжение амплитудного детектора 27 также достигает максимального значения U_max и превышает пороговый уровень U_пор в пороговом блоке 28 (U_max>U_пор). И только при превышении порогового уровня U_пор в пороговом блоке 28 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 29, открывая его. В исходном состоянии ключ 29 всегда закрыт. При этом напряжение u_пр4(t) с выхода усилителя 16 второй промежуточной частоты через открытый ключ 29 поступает на первый вход перемножителя 17, на второй вход которого подается напряжение u_г1(t) гетеродина 7. На выходе перемножителя 17 образуется напряжение

u₄(t)=U₄⋅Cos[ω_г2t+ϕ_к2(t)+ϕ_г2], 0≤t≤Т_с,

ω_г2=ω_пр2-ω_г1;

ϕ_г2=ϕ_пр1-ϕ_г1,

которое выделяется полосовым фильтром 18 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 19, на второй (опорный) вход которого подается напряжение u_г2(t) гетеродина 14. На выходе фазового детектора 19 образуется низкочастотное напряжение

u_н2(t)=U_н2⋅Cosϕ_к2(t), 0≤t≤Т_с,

пропорциональное суммарному модулирующему коду M_Σ(t). Это напряжение поступает в компьютер 3.

Описанная выше работа супергетеродинных приемников соответствует случаю приема полезных ФМн сигналов по основным каналам на частотах ω₁ и ω₂ (фиг. 4).

Если ложный сигнал (помеха) поступает по первому зеркальному каналу на частоте ω_з1

u_з1(t)=U_з1⋅Cos(ω_з1t+ϕ_з1), 0≤t≤T_з1,

то с выхода усилителя 13.i мощности он поступает на первый вход колебательного контура 25.i, частота настройки ω_н2 которого выбирается равной частоте ω_г2 гетеродина 7.i (ω_н2=ω_г2). Частоты ω_з1 и ω_г2 разнесены на удвоенное значение второй промежуточной частоты ω_г2-ω_з1=2ω_пр2. Поэтому в колебательном контуре 25.i явление резонанса не наступает, выходное напряжение U амплитудного детектора 27.i не превышает порогового уровня в пороговом блоке 28.i (U<U_пop). Ключ 29.i не открывается и ложный сигнал (помеха) u_з1(t), поступающий по первому зеркальному каналу на частоте ω_з1, подавляется.

Если ложный сигнал (помеха) поступает по второму зеркальному каналу на частоте ω_з2

u_з2(t)=U_з2⋅Cos(ω_з2t+ϕ_з2), 0≤t≤Т_з2,

то он с выхода усилителя 13 мощности поступает на первый вход колебательного контура 25, частота настройки ω_н1 которого выбирается равной частоте ω_г1 гетеродина 7 (ω_н1=ω_г1). Частоты ω_г1 и ω_з2 разнесены на удвоенное значение второй промежуточной частоты ω_з2-ω_г1=2ω_пр2. Поэтому в колебательном контуре 25 явление резонанса не наступает, выходное напряжение U амплитудного детектора 27 не превышает порогового уровня U_пор в пороговом блоке 28 (U<U_пор). Ключ 29 не открывается и ложный сигнал (помеха), поступающий по второму зеркальному каналу на частоте ω_з2, подавляется.

По аналогичной причине подавляются и ложные сигналы (помехи), принимаемые по другим дополнительным (по первому ω_к1, второму ω_к2, третьему ω_к3, четвертому ω_к4 комбинационным) каналам.

Предлагаемая система обеспечивает возможность для удаленного автоматизированного мониторинга окружающей среды на больших территориях в условиях Арктики и оперативного обмена дискретной информацией между диспетчерским пунктом и навигационными комплексами. Это достигается за счет дуплексной радиосвязи с использованием сложных сигналов с фазовой манипуляцией, компьютеров и космических аппаратов спутниковой системы связи в качестве ретрансляторов.

Сложные ФМн сигналы обладают высокой 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 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 приемников.

Таким образом, предлагаемая система по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение избирательности, помехоустойчивости и достоверности дуплексной радиосвязи между диспетчерским пунктом и навигационными комплексами. Это достигается за счет подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам. Причем для подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальным и комбинационным каналам, используются колебательные контуры, реализующие явление резонанса.

Следует отметить, что явление резонанса является основополагающим принципом работы многих систем и устройств радиоэлектроники.

Предлагаемая система относится к области автоматизированного мониторинга окружающей среды в условиях Арктики, а именно состояния атмосферы и льда с одновременным определением координат собственного местонахождения навигационных комплексов и передачи полученной информации по радиоканалам, и может быть использована в качестве средства мониторинга окружающей среды в зоне движения льда для безопасной проводки судов по северному морскому пути и обеспечения безопасности объектов нефтегазопромысловой и гидротехнической инфраструктуры на шельфе и в прибрежной зоне в ледовитых морях и в условиях ледяного покрова, в том числе и дрейфующего. Технической задачей изобретения является повышение избирательности, помехоустойчивости и достоверности дуплексной радиосвязи между диспетчерским пунктом и навигационными комплексами путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам. Компьютерная система дистанционного управления навигационными комплексами для автоматизированного мониторинга окружающей среды в условиях Арктики содержит диспетчерский пункт (ДП), навигационные комплексы (HKi, i=1, 2, …, n) и космические аппараты (КА) спутниковой системы связи. Каждое приемопередающее устройство 1 (1.i) содержит блок 2 (2.i) управления, компьютер 3 (3.i), задающий генератор 4 (4.i), формирователь 5 (5.i) модулирующего кода, фазовый манипулятор 6 (6.i), первый гетеродин 7 (7.i), первый смеситель 8 (8.i), усилитель 9 (9.i) первой промежуточной частоты, первый усилитель 10 (10.i) мощности, дуплексер 11 (11.i), приемопередающую антенну 12 (12.i), второй усилитель 13 (13.i) мощности, второй гетеродин 14 (14.i), второй смеситель 15 (15.i), усилитель 16 (16.i) второй промежуточной частоты, перемножитель 17 (17.i), полосовой фильтр 18 (18.i), фазовый детектор 19 (19.i), приемную антенну 20.i, приемник 21.i GPS сигналов, блок 22.i измерения толщины ледового покрова, блок 23.i измерения состояния атмосферы, подводный навигационный маяк 24.i, колебательный контур 25 (25.i), узкополосный фильтр 26 (26.i), амплитудный детектор 27 (27.i), пороговый блок 28 (28.i) и ключ 29 (29.i). 4 ил.

Компьютерная система дистанционного управления навигационными комплексами для автоматизированного мониторинга окружающей среды в условиях Арктики, содержащая не менее трех навигационных комплексов, каждый из которых характеризуется наличием надводной и подводной секций, соединенных кабелем, при этом надводная часть содержит блок управления, блок определения толщины ледового покрова, блок определения состояния атмосферы, подключенные к приемопередающему устройству, а подводная часть содержит подводный навигационный маяк, управляющие входы блока определения координат по системе спутниковой навигации, блока определения толщины ледового покрова, блока определения состояния атмосферы и подводного навигационного маяка соединены с соответствующими выходами блока управления, приемопередающее устройство, установленное на диспетчерском пункте, и космические аппараты спутниковой системы связи, при этом каждое приемопередающее устройство выполнено в виде последовательно подключенных к выходу блока управления компьютера, задающего генератора, фазового манипулятора, второй вход которого через формирователь модулирующего кода соединен с вторым выходом компьютера, первого смесителя, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, усилителя первой промежуточной частоты, первого усилителя мощности, дуплексера, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, второго усилителя мощности, второго смесителя, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина и усилителя второй промежуточной частоты, последовательно включенных перемножителя, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, полосового фильтра и фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, а выход подключен к компьютеру, частоты ω_г1 и ω_г2 гетеродинов разнесены на значение второй промежуточной частоты

ω_г2-ω_г1=ω_пр2,

приемопередающее устройство диспетчерского пункта излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частоте

ω₁=ω_пр1=ω_г2,

где ω_пр1 - первая промежуточная частота, а принимает на частоте

ω₂=ω_пр3=ω_г1,

где ω_пр3 - третья промежуточная частота, а приемопередающее устройства навигационных комплексов, наоборот, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частоте ω₂, а принимает на частоте ω₁, космические аппараты спутниковой системы связи ретранслируют сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частоте ω₁ и ω₂ с сохранением фазовых соотношений, отличающаяся тем, что каждое приемопередающее устройство снабжено колебательным контуром, узкополосным фильтром, амплитудным детектором, пороговым блоком и ключом, причем к выходу второго усилителя мощности последовательно подключены колебательный контур, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, узкополосный фильтр, амплитудный детектор, пороговый блок и ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, а выход подключен к первому входу перемножителя.