Автоматизированная система аварийного и экологического мониторинга окружающей среды региона

Изобретение относится к контрольно-измерительным системам и может быть использовано при проведении аварийного и экологического мониторинга региона. Сущность: система содержит стационарные и мобильные контрольные посты, прямые и обратные связи, центральный контрольный пункт. Каждый из стационарных и мобильных постов включает блок предварительной обработки информации, блок шифрования, блок помехоустойчивого кодирования, блок аналоговых сообщений, приемопередатчик, блок управления, каналы прямой и обратной связи. Каждый мобильный пост дополнительно содержит блок определения местоположения. Каждый приемопередатчик содержит задающий генератор (20), фазовый манипулятор (21), амплитудный модулятор (22), первый и второй гетеродины (23, 30), первый, второй и третий смесители (24, 31, 57), усилитель первой промежуточной частоты (25), первый и второй усилители мощности (26, 29), дуплексер (27), приемо-передающую антенну (28), первый и второй усилители второй промежуточной частоты (32, 58), амплитудный ограничитель (33), синхронный детектор (34), первый и второй перемножители (35, 61), полосовой фильтр (36), фазовый детектор (37), фазовращатель на -90° (56), фазовращатель на +90° (59), сумматор (60), узкополосный фильтр (62), амплитудный детектор (63), ключ (64). Технический результат: повышение достоверности результатов мониторинга. 7 ил.

 

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

Известны системы аварийного и экологического мониторинга окружающей среды региона (патенты РФ №№2.079.891, 2.138.126, 2.145.120, 2.150.126, 2.210.095, 2.257.598, 2.310.895; патент США №3.819.862; Михья Э. и др. «Система радиационного мониторинга окружающей среды» Журнал «Атомная техника за рубежом», М., 1998, №11, с.21-25 и другие).

Из известных систем наиболее близкой к предлагаемой является «Автоматизированная система аварийного и экологического мониторинга окружающей среды региона» (патент РФ №2.310.895, G01W 1/06, 2006), которая и выбрана в качестве прототипа.

Указанная система обеспечивает обмен дискретной и аналоговой информацией между контрольными постами и диспетчерским центром.

Однако в приемопередатчиках, размещаемых на контрольных постах, одно и то же значение второй промежуточной частоты ωпр2 образуется при приеме сигналов на двух частотах: ω1 и ωз1, т.е.

ωпр21г1 и ωпр2г1з1,

а в приемопередатчике, размещаемом на диспетчерском пункте, одно и то же значение второй промежуточной частоты ωпр2 образуется при приеме сигналов на двух частотах: ω2 и ωз2, т.е.

ωпр2г22 и ωпр2з2г2,

где ωг1 и ωг2 - частоты гетеродинов,

разнесены на значение второй промежуточной частоты:

ωг2г1пр2.

Следовательно, если частоты настройки ω1 и ω2 принять за основные каналы приема, то наряду с ними будут иметь место зеркальные каналы приема, частоты ωз1 и ωз2 которых разнесены от частот ω1 и ω2 основных каналов приема на удвоенное значение второй промежуточной частоты 2ωпр2 и расположены симметрично (зеркально) относительно частот ωг1 и ωг2 гетеродинов (фиг.6).

Преобразование по зеркальным каналам приема происходит с тем же коэффициентом преобразования Кпр, что и по основным каналам приема, поэтому они наиболее существенно влияют на помехоустойчивость и избирательность приемников.

Кроме зеркальных существуют и другие дополнительные (комбинационные) каналы приема. В общем виде любой комбинационный канал приема имеет место при выполнении условия:

ωпр2=|±m*ωki±n*ωг|,

где ωki - частота i-го комбинационного канала приема;

m, n, i - целые положительные числа.

Наиболее вредными комбинационными каналами приема являются каналы, образующие при взаимодействии первой гармоники частоты сигнала с гармониками частот гетеродинов малого порядка (второй, третий), так как чувствительность приемника по этим каналам близка к чувствительности основного канала. Так, четырем комбинационным каналам при m=1 и n=2 соответствуют частоты:

ωk1=2ωг1пр2,

ωk2=2ωг1пр2,

ωk3=2ωг2пр2,

ωk4=2ωг2пр2.

Наличие ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальным и комбинационным каналам, приводит к снижению избирательности и помехоустойчивости приемников, устанавливаемых на контрольных постах и диспетчерском пункте.

Технической задачей изобретения является повышение избирательности и помехоустойчивости приемников, размещаемых на контрольных постах и диспетчерском пункте, путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальным и комбинационным каналам.

Поставленная задача решается тем, что автоматизированная система аварийного и экологического мониторинга окружающей среды региона, включающая, в соответствии с ближайшим аналогом, стационарные контрольные посты с детекторами для измерения параметров и характеристик окружающей среды, мобильные контрольные посты с детекторами, каждый из которых включает блок определения местоположения, центральный контрольный пункт, блоки управления и приемопередатчики прямой и обратной связи контрольных постов с центральным контрольным пунктом, при этом каждый из стационарных и мобильных контрольных постов дополнительно содержит блок предварительной обработки информации, в который передаются данные измерений параметров и характеристик окружающей среды с датчиков стационарных и мобильных контрольных постов, а с блока предварительной обработки информация поступает в блок управления соответствующего контрольного поста, затем на блок шифрования от несанкционированного доступа и далее через блок помехоустойчивого кодирования в приемопередатчик, информация с которого поступает на центральный контрольный пункт, каждый приемопередатчик выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом блока помехоустойчивого кодирования, амплитудного модулятора, второй вход которого соединен с выходом блока аналоговых сообщений, 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 амплитудного ограничителя и синхронного детектора, выход которого является первым выходом приемопередатчика, последовательно подключенных к выходу первого гетеродина первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом амплитудного ограничителя, полосового фильтра и фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, а выход является вторым выходом приемопередатчика, частоты гетеродинов разнесены на значение второй промежуточной частоты

ωг2г1пр2,

каждый из стационарных и мобильных контрольных постов излучает сложные сигналы с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией на одной несущей частоте

ω1пр1г2,

а принимает на другой частоте

ω2прг1,

где ωпр - промежуточная частота;

ωпр1 - первая промежуточная частота;

ωг1, ωг2 - частоты первого и второго гетеродинов,

а центральный контрольный пункт, наоборот, излучает сложные сигналы с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией на одной несущей частоте ω2, а принимает на другой частоте ω1, отличается от ближайшего аналога тем, что каждый приемопередатчик снабжен двумя фазовращателями на +90° и -90°, третьим смесителем, вторым усилителем второй промежуточной частоты, сумматором, вторым перемножителем, узкополосным фильтром, амплитудным детектором и ключом, причем к второму выходу второго гетеродина последовательно подключены первый фазовращатель на -90°, третий смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя мощности, второй усилитель второй промежуточной частоты, второй фазовращатель на +90°, сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя второй промежуточной частоты, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя мощности, узкополосный фильтр, амплитудный детектор и ключ, второй вход которого соединен с выходом сумматора, а выход подключен к входу амплитудного ограничителя и к второму входу синхронного детектора, к второму выходу второго гетеродина приемопередатчика каждого контрольного поста подключен фазовращатель на -90°.

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

Система содержит стационарные контрольные посты 1 (C1, …, Cn), мобильные контрольные посты 2 (M1, …, Mm), прямые и обратные связи 3, Центральный контрольный пункт 4.

Каждый стационарный контрольный пост содержит детекторы D1÷Dk, блок 5.i предварительной обработки, блок 6.i шифрования, блок 7.i помехоустойчивого кодирования, блок 8.i аналоговых сообщений, приемопередатчик 9.i, блок 10.i управления, канал 11.i прямой и обратной связи (i=1, 2, …, n).

Каждый мобильный контрольный пост содержит детекторы D1÷DL, блок 12.j предварительной обработки информации, блок 13.j шифрования, блок 14.j помехоустойчивого кодирования, блок 15.j аналоговых сообщений, приемопередатчик 16.j, блок 17.j управления, канал 18.j прямой и обратной связи, блок 19.j определения местоположения (j=1, 2, …, m).

Каждый приемопередатчик выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора 20 (38), фазового манипулятора 21 (39), второй вход которого соединен с выходом блока 7 (14) помехоустойчивого кодирования, амплитудного модулятора 22 (40), второй вход которого соединен с выходом блока 8 (15) аналоговых сообщений, первого смесителя 24 (42), второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 23 (41), усилителя 25 (43) первой промежуточной частоты, первого усилителя 26 (44) мощности, дуплексера 27 (45), вход-выход которого связан с приемопередающей антенной 28 (46), второго усилителя 29 (47) мощности, второго смесителя 31 (49), второй вход которого соединен с первым выходом второго гетеродина 30 (48), первого усилителя 32 (50) второй промежуточной частоты, сумматора 60 (69), второго перемножителя 61 (70), второй вход которого соединен с выходом второго усилителя 29 (47) мощности, узкополосного фильтра 62 (71), амплитудного детектора 63 (72), ключа 64 (73), второй вход которого соединен с выходом сумматора 60 (69), амплитудного ограничителя 33 (51) и синхронного детектора 34 (52), второй вход которого соединен с выходом ключа 64 (73), а выход является первым I выходом приемопередатчика 9 (16), последовательно подключенных к выходу первого гетеродина 23 (41) первого перемножителя 35, второй вход которого соединен с выходом амплитудного ограничителя 33 (51), полосового фильтра 36 (54) и фазового детектора 37 (55), второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 30 (48), а выход является вторым II выходом приемопередатчика 9 (16), последовательно подключенных к второму выходу второго гетеродина 30 (48) первого фазовращателя 56 (65), третьего смесителя 57 (66), второй вход которого соединен с выходом второго усилителя 29 (47) мощности, второго усилителя 58 (67) второй промежуточной частоты и второго фазовращателя 59 (68) на +90°, выход которого соединен с вторым входом сумматора 60 (69).

Система работает следующим образом.

Каждый стационарный и мобильный контрольный пост состоит из детекторов D1÷Dk, D1÷DL, измеряющих состояние окружающей среды (уровень гамма излучения, температуру и т.п.), с выходов которых данные подаются на входы блоков 5.1 и 12.j (i=1, 2, …, n, j=1, 2, …, m) предварительной обработки информации соответственно об этом состоянии среды. В этих блоках по программе, записанной в блоках 10.j и 17.j управления, производится определение интегральных параметров среды (средних за заданный период измерений значений, тренда и др.), сокращение объема передаваемой в канал связи информации, определение предаварийной или аварийной ситуации, накопление и хранение данных предшествующих измерений и т.п. Например, спектрометрический детектор гамма излучения измеряет количество и энергию гамма-квантов, попавших в его сенсор за время измерения, например за 1 час. Эти данные с выхода детекторов подаются на вход блоков 5.i и 12.j предварительной обработки информации, где по полученному энергетическому «спектру» распределения определяется, например, превышение уровня излучения тех или иных радионуклидов в среде над пороговым уровнем, например аварийным.

Если такое превышение уровня произошло, то блоки 10.i и 17.j управления по внутренней программе переходят в предаварийный или аварийный режим работы, осуществляют экстренное вхождение в связь с центральным контрольным пунктом 4 и (при необходимости) оповещают персонал. Если канал связи занят или неисправен, то производится хранение информации в запоминающем устройстве и повторный выход на связь.

В каналы связи 11.i и 18.j передается предварительно обработанная - сжатая (за счет сокращения избыточности или малой информативности) информация. Например, можно значительно уменьшить объем передаваемой по каналу связи информации, используя быстрое преобразование Фурье полученного спектра. Соответственно, почти во столько же раз становится возможным увеличение количества работающих в этом канале контрольных постов. В ряде случаев достаточным является передача интегральных (усредненных по многим измерениям) значений контролируемого параметра среды, например уровня радиационного фона или превышение порога аварийного уровня. Выполнение этой функции блоками 5.i и 12.j предварительной обработки информации также приводит к значительному сокращению объема передаваемой информации. Выходы этих блоков соединяются с входами блоков 6.i и 13.j шифрования, обеспечивающих, например, криптографическое шифрование информации от несанкционированного доступа. В этом случае обеспечивается защита системы от террористов, хакеров или кого-либо, не имеющих право получать, преобразовывать или вводить искаженную информацию, если не произошла компрометация секретных ключей.

Выходы блоков 6.i и 13.j шифрования соединяются с входами блоков 7.i и 14.j помехоустойчивого кодирования, обеспечивающих выявление и исправление ошибок на приеме в центральном контрольном пункте 4. Ошибки могут возникать из-за помех и шумов в канале связи и/или в приемной аппаратуре. Выходы блоков 7.i и 14.j помехоустойчивого кодирования через блоки 8.i и 15.j аналоговых сообщений соединяются с входами приемопередатчиков 9.i и 16.j, выходы которых соединяются с входами каналов связи 11.i и 18.j соответственно. Управляющие входы всех указанных блоков соединены с выходами блоков 10.i и 17.j управления, задающих режим их работы по внутренним программам или командам, передаваемым из центрального контрольного пункта (диспетчерского центра) 4.

При включении задающего генератора 20 последний формирует гармоническое колебание (фиг.7, а)

Uc1(t)=υc1*Cos(ωct+φc1), 0≤t≤Tc1,

где υc1, ωc, φс1, Tc1 - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность колебания, которое поступает на первый вход фазового манипулятора 21, на второй вход которого подается модулирующий код M1(t) (фиг.7, б) с выхода блока 7 помехоустойчивого кодирования. На выходе фазового манипулятора 21 образуется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн) (фиг.7, в)

U1(t)=υc1*Cos[ωct+φk1(t)+φс1], 0≤t≤Tc1,

где φk1(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M1(t) (фиг.7, б), при этом φk1(t)=const при k*τэ<t<(k+1)*τэ и может изменяться скачком при t=k*τэ, т.е. на границах между элементарными посылками (k=1, 2, …, N-1);

τэ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Tc1, (Tc1=N*τэ),

который поступает на первый вход амплитудного модулятора 22. На второй вход амплитудного модулятора 22 поступает модулирующая функция m1(t) (фиг.7, г) с выхода блока 8 аналоговых сообщений. На выходе амплитудного модулятора 22 образуется сложный сигнал с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией (ФМн-AM) на одной несущей частоте (фиг.7, д)

U2(t)=υc1[1+m1(t)]*Cos[ωct+φk1(t)+φс1], 0≤t≤Tc1,

где m1(t) - модулирующая функция, отображающая закон амплитудной модуляции.

Сформированный сигнал U2(t) поступает на первый вход первого смесителя 24, на второй вход которого подается напряжение первого гетеродина 23

Uг1(t)=υг1*Cos(ωг1t+φг1).

На выходе смесителя 24 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 25 выделяется напряжение первой промежуточной (суммарной) частоты (фиг.7, е)

Uпр1(t)=υпр1[1+m1(t)]*Cos[ωпр1t+φk1(t)+φпр1], 0≤t≤Tc1,

где υпр1=1/2*υc1г1;

ωпр1с1г1 - первая промежуточная частота (фиг.6);

φпр1с1г1.

Это напряжение после усиления в усилителе 25 мощности поступает через дуплексер 27 в приемопередающую антенну 28, излучается ею в эфир на частоте ω1пр1, улавливается приемопередающей антенной 46 центрального контрольного пункта (диспетчерского центра) и через усилитель 47 мощности поступает на первые входы смесителей 49 и 66, на вторые входы которых подаются напряжения гетеродина 48.

Uг1(t)=υг1*Cos(ωг1t+φг1),

Uг1′(t)=υг1*Cos(ωг1t+φг1+90°).

На выходе смесителей 49 и 66 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 50 и 67 выделяются напряжения второй промежуточной (разностной) частоты

Uпр2(t)=υпр2[1+m1(t)]*Cos[ωпр2t+φk1(t)+φпр2],

Uпр3(t)=υпр2[1+m1(t)]*Cos[ωпр2t+φk1(t)+φпр2-90°], 0≤t≤Tc1,

где υпр2=l/2*υпр1г1;

ωпр2пр1г1 - вторая промежуточная частота;

φпр2пр1г1.

Напряжение Uпр3(t) с выхода усилителя 67 второй промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 68 на 90°, на выходе которого образуется напряжение

Uпр4(t)=υпр2[1+m1(t)]*Cos[ωпр2t+φk1(t)+φпр2-90°+90°]=

пр2[1+m1(t)]*Cos[ωпр2t+φk1(t)+φпр2], 0≤t≤Tc1.

Напряжения Uпр2(t) и Uпр4(t) поступают на два входа сумматора 69, на выходе которого образуется суммарное напряжение (фиг.7, ж)

UΣ1(t)=υΣ1[1+m1(t)]*Cos[ωпр2t+φk1(t)+φпр2], 0≤t≤Tc1,

где υΣ1=2υпр2,

которое подается на второй вход перемножителя 70. На первый вход последнего поступает принимаемый ФМн-сигнал Uпр1(t) с выхода усилителя 47 мощности. На выходе перемножителя 70 образуется напряжение (фиг.7, з)

U3(t)=υ3[1+m1(t)]2*Cos(ωг1t+φг1), 0≤t≤TC1,

где υ3=1/2*υпр1Σ1,

которое выделяется узкополосным фильтром 71, частота настройки ωн1 которого выбирается равной частоте ωг1 гетеродина 48 (ωн1г1), детектируется амплитудным детектором 72 и подается на управляющий вход ключа 73, открывая его. В исходном состоянии ключи 64 и 73 всегда закрыты.

При этом суммарное напряжение UΣ1(t) с выхода сумматора 69 через открытый ключ 73 поступает на первый (информационный) вход синхронного детектора 52 и на вход амплитудного ограничителя 51. На выходе последнего образуется напряжение

U4(t)=υ0*Cos[ωпр2t+φk1(t)+φпр2], 0≤t≤ТС1,

где υ0 - порог ограничения,

которое представляет собой сложный сигнал с фазовой манипуляцией на второй промежуточной частоте, используется в качестве опорного напряжения и поступает на второй (опорный) вход синхронного детектора 52. В результате синхронного детектирования на выходе синхронного детектора 52 образуется низкочастотное напряжение (фиг.7, и)

UH1(t)=υH1[1+m1(t)], 0≤t≤TC1,

где υН1=1/2*υΣ10,

пропорциональное модулирующей функции m1(t) (фиг.7, г). Это напряжение с первого I выхода приемопередатчика 16 поступает в блок регистрации и анализа.

Напряжение U4(t) с выхода амплитудного ограничителя 51 поступает на первый вход перемножителя 53, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 41

Uг2(t)=υг2*Cos(ωг2t+φг2).

На выходе перемножителя 53 образуется напряжение (фиг.7, к)

U5(t)=υ5*Cos[ωг1t-φk1(t)+φг1], 0≤t≤ТС1,

где υ5=1/2*υ0г2,

которое выделяется полосовым фильтром 54 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 55. На второй (опорный) вход фазового детектора 55 подается напряжение Uг1(t) гетеродина 48. В результате фазового детектирования на выходе фазового детектора 55 образуется низкочастотное напряжение (фиг.7, л)

UH2(t)=υH2*Cosφk1(t), 0≤t≤TC1,

где UH2=1/2*υ5г1,

пропорциональное модулирующему коду M1(t) (фиг.7, б). Это напряжение со второго II выхода приемопередатчика 16 поступает в блок регистрации и анализа.

На центральном контрольном пункте (диспетчерском центре) с помощью задающего генератора 38 формируется гармоническое колебание

Uc2(t)=υc2*Cos(ωct+φс2), 0≤t≤TC2,

которое поступает на первый вход фазового манипулятора 39, на второй вход которого подается модулирующий код M2(t) с выхода блока 14 помехоустойчивого кодирования. Модулирующий код М2(t) может содержать сигналы запроса, команды на включение и выключение контрольных постов и т.п. На выходе фазового манипулятора 39 образуется сложный ФМн-сигнал

U6(t)=υc2*Cos[ωct+φk2(t)+φс2], 0≤t≤ТС2,

который поступает на первый вход амплитудного модулятора 40. На второй вход амплитудного модулятора 40 подается модулирующая функция m2(t) с выхода блока 15 аналоговых сообщений. На выходе амплитудного модулятора 40 образуется сложный сигнал с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией (ФМн-AM) на одной несущей частоте

U7(t)=υc2[1+m2(t)]*Cos[ωct+φk2(t)+φс2], 0≤t≤TC2.

Сформированный сигнал U7(t) поступает на первый вход смесителя 42, на второй вход которого подается напряжение Uг2(t) гетеродина 41. На выходе смесителя 42 образуются напряжение комбинационных частот. Усилителем 43 выделяется напряжение промежуточной частоты

Uпр5(t)=υпр5[1+m2(t)]*Cos[ωпрt-φk2(t)+φпр5], 0≤t≤ТС2,

где υпр5=1/2*υc2г2;

ωпрг2c - промежуточная частота;

φпр5г2с2.

Это напряжение после усиления в усилителе 44 мощности через дуплексер 45 поступает в приемопередающую антенну 46, излучается ею на частоте ω2пр в эфир, улавливается приемопередающей антенной 28 и через дуплексер 27 и усилитель 29 мощности поступает на первые входы смесителей 31 и 57, на вторые входы которых подаются напряжения гетеродина 30:

Uг2(t)=υг2*Cos(ωг2t+φг2),

Uг2′(t)=υг2*Cos(ωг2t+φг2-90°).

На выходе смесителей 31 и 57 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 32 и 58 выделяются напряжения второй промежуточной (разностной) частоты

Uпр6(t)=υпр6[1+m2(t)]*Cos[ωпр2t+φk2(t)+φпр6],

Uпр7(t)=υпр6[1+m2(t)]*Cos[ωпр2t+φk2(t)+φпр6-90°], 0≤t≤ТС2,

где υпр6=1/2*υпр2г2;

ωпр2г2пр - промежуточная частота;

φпр6г2пр5.

Напряжение Uпр7(t) с выхода усилителя 58 второй промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 59 на +90°, на выходе которого образуется напряжение

Uпр8(t)=υпр6[1+m2(t)]*Cos[ωпр2t+φk2(t)+φпр6-90°+90°]=

пр6[1+m2(t)]*Cos[ωпр2t+φk2(t)+φпр6], 0≤t≤TC2.

Напряжения U6(t) и Uпр8(t) поступают на два входа сумматора 60, на выходе которого образуется суммарное напряжение

UΣ2(t)=υΣ2[1+m2(t)]*Cos[ωпр2t+φk2(t)+φпр6], 0≤t≤TC2,

где υΣ2=2υпр6,

которое подается на второй вход перемножителя 61. На первый вход последнего поступает принимаемый ФМн-сигнал Uпр5(t) с выхода усилителя 29 мощности. На выходе перемножителя 61 образуется напряжение

U8(t)=υ8[1+m2(t)]*Cos(ωг2t+φг2), 0≤t≤ТС2,

где υ8=1/2*υпр5Σ2,

которое выделяется узкополосным фильтром 62, частота настройки ωн2 которого выбирается равной частоте ωг2 гетеродина 30 (ωн2г2), детектируется амплитудным детектором 63 и подается на управляющий вход ключа 64, открывая его.

При этом суммарное напряжение UΣ2(t) с выхода сумматора 60 через открытый ключ 64 поступает на первый (информационный) вход синхронного детектора 34 и на вход амплитудного ограничителя 33. На выходе последнего образуется напряжение

U9(t)=υ0*Cos[ωпр2t+φk2(t)+φпр6], 0≤t≤ТС2,

где υ0 - порог ограничения,

которое представляет собой сложный сигнал с фазовой манипуляцией на второй промежуточной частоте, используется в качестве опорного напряжения и поступает на второй (опорный) вход синхронного детектора 34. В результате синхронного детектора 34 образуется низкочастотное напряжение

Uн3(t)=υн3[1+m2(t)], 0≤t≤TC2,

где υн3=1/2*υΣ20,

пропорциональное модулирующей функции m2(t). Это напряжение с первого I выхода приемопередатчика 9 поступает в блок регистрации и анализа.

Напряжение U9(t) с выхода амплитудного ограничителя 33 поступает на первый вход перемножителя 35, на второй вход которого подается напряжение Uг1(t) гетеродина 23. На выходе перемножителя 35 образуется напряжение

U10(t)=υ10*Cos[ωг2t-φk2(t)+φг2], 0≤t≤ТС2,

где υ10=1/2*υ0г1,

которое выделяется полосовым фильтром 36 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 37. На второй (опорный) вход последнего подается напряжение Uг2(t) гетеродина 30. На выходе фазового детектора 37 образуется низкочастотное напряжение

Uн4(t)=υн4*Cosφk2(t), 0≤t≤TC2,

где υн4=1/2*υ10г2,

пропорциональное модулирующему коду M2(t). Это напряжение с второго II выхода приемопередатчика 9 поступает в блок регистрации и анализа.

При этом частоты ωг1 и ωг2 гетеродинов 23 (48) и 30 (41) разнесены на вторую промежуточную частоту

ωг2г1пр2.

Каждый стационарный и мобильный контрольный пост излучает сложные сигналы с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией (ФМн-AM) на частоте

ω1пр12,

а принимает на частоте

ω2прг1.

Центральный контрольный пункт (диспетчерский центр), наоборот, излучает сложные сигналы с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией (ФМн-AM) на частоте ω2, а принимает - на частоте ω1.

Указанная система обеспечивает повышение помехоустойчивости и достоверности обмена конфиденциальной информацией между контрольными постами и диспетчерским центром. Это достигается использованием двух частот ω1, ω2 и сложных сигналов с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией (ФМн-AM). При этом защита конфиденциальной информации имеет три уровня: криптографический, энергетический и структурный.

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

Энергетический и структурный уровни обеспечиваются применением сложных сигналов с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией (ФМн-AM), которые обладают высокой энергетической и структурной скрытностью.

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

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

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

Описанная выше работа системы соответствует случаю приема полезных сложных сигналов с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией (ФМн-AM) по основным каналам на частотах ω1 и ω2.

Если ложный сигнал (помеха) принимается по первому зеркальному каналу на частоте ωз1 (фиг.6)

Uз1(t)=υз1*Cos(ωз1t+φз1), 0≤t≤Tз1,

то усилителями 50 и 67 второй промежуточной частоты выделяются следующие напряжения:

Uпр9(t)=υпр9*Cos(ωпр2t+φпр9),

Uпр10(t)=υпр9*Cos(ωпр2t+φпр9+90°), 0≤t≤Тз1,

где υпр9=1/2*υз1г1;

ωпр2г1з1 - вторая промежуточная частота;

φпр9г1з1.

Напряжение Uпр10(t) с выхода усилителя 67 второй промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 68 на 90°, на выходе которого образуется напряжение

Uпр11(t)=υпр9*Cos(ωпр2t+φпр9+90°+90°)=

пр9*Cos(ωпр2t+φпр9), 0≤t≤Tз1.

Напряжения Uпр9(t) и Uпр11(t), поступающие на два входа сумматора 69, на его выходе компенсируются.

Следовательно, ложный сигнал (помеха), принимаемый по первому зеркальному каналу на частоте ωз1, подавляются с помощью «внешнего кольца», состоящего из гетеродина 48, смесителей 49 и 66, усилителей 50 и 67 второй промежуточной частоты, фазовращателей 65 и 68 на 90°, сумматора 69 и реализующего фазокомпенсационный метод.

По аналогичной причине подавляется и ложный сигнал (помеха), принимаемый по первому комбинационному каналу на частоте ωk1 (фиг.6).

Если ложный сигнал (помеха) принимается по второму комбинационному каналу на частоте ωk2

Uk2(t)=υk2*Cos(ωk2t+φk2), 0≤t≤Tk2,

то усилителями 50 и 67 второй промежуточной частоты выделяются следующие напряжения:

Uпр12(t)=υпр12*Cos(ωпр2t+φпр12),

Uпр13(t)=υпр12*Cos(ωпр2t+φпр12-90°), 0≤t≤Тk2,

где υпр12=1/2*υk2г1;

ωпр2k2-2ωг1 - вторая промежуточная частота;

φпр12k2г1.

Напряжение Uпр13(t) с выхода усилителя 67 второй промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 68 на 90°, на выходе которого образуется напряжение

Uпр14(t)=υпр12*Cos(ωпр2t+φпр12-90°+90°)=

пр12*Cos(ωпр2t+φпр12), 0≤t≤Tk2.

Напряжения Uпр12(t) и Uпр14(t) поступают на два входа сумматора 69, на выходе которого образуется суммарное напряжение

UΣ3(t)=υΣ3*Cos(ωпр2t+φпр12), 0≤t≤Tk2,

где υΣ3=2υпр12,

которое подается на второй вход перемножителя 70. На первый вход последнего поступает принимаемый ложный сигнал (помеха) Uk2(t) с выхода усилителя 47 мощности. На выходе перемножителя 70 образуется напряжение

U11(t)=υ11*Cos(2ωг1t+φг1), 0≤t≤Tk2,

где υ11=1/2*υk2Σ3,

которое не попадает в полосу пропускания узкополосного 71, ключ 73 не открывается.

Следовательно, ложный сигнал (помеха), принимаемый по второму комбинационному каналу на частоте υk2, подавляется с помощью «внутреннего кольца», состоящего из перемножителя 70, узкополосного фильтра 71, амплитудного детектора 72, ключа 73 и реализующего метод узкополосной фильтрации.

Если ложный сигнал (помеха) принимается по второму зеркальному каналу на частоте υз2 (фиг.6)

Uз2(t)=υз2*Cos(ωз2t+φз2), 0≤t≤Тз2,

то усилителями 32 и 58 второй промежуточной частоты выделяются следующие напряжения:

Uпр15(t)=υпр15*Cos(ωпр2t+φпр15),

Uпр16(t)=υпр15*Cos(ωпр2t+φпр15+90°), 0≤t≤Тз2,

где υпр15=1/2*υз2г2;

ωпр2з2г2 - вторая промежуточная частота;

φпр15з2г2.

Напряжение Uпр16(t) с выхода усилителя 58 второй промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 59 на 90°, на выходе которого образуется напряжение

Uпр17(t)=υпр15*Cos(ωпр2t+φпр15+90°+90°)=

=-υпр15*Cos(ωпр2t+φпр15), 0≤t≤Tз2.

Напряжения Uпр15(t) и Uпр17(t), поступающие на два входа сумматора 60, на его выходе компенсируются.

Следовательно, ложный сигнал (помеха), принимаемый по второму зеркальному каналу на частоте ωз2, подавляется с помощью «внешнего кольца», состоящего из гетеродина 30, смесителей 31 и 57, фазовращателя 56 на -90°, фазовращателя 59 на +90°, усилителей 32 и 58 второй промежуточной частоты, сумматора 60 и реализующего фазокомпенсационный метод.

По аналогичной причине подавляется и ложный сигнал (помеха), принимаемый по четвертому комбинационному каналу на частоте ωk4 (фиг.6).

Если ложный сигнал (помеха) принимается по третьему комбинационному каналу на частоте ωk3

Uk3(t)=υk3*Cos(ωk3t+φk3), 0≤t≤Tk3,

то усилителями 32 и 58 второй промежуточной частоты выделяются следующие напряжения:

Uпр18(t)=υпр18*Cos(ωпр2t+φпр18),

Uпр19(t)=υпр18*Cos(ωпр2t+φпр18-90°), 0≤t≤Tk3,

где υпр18=1/2*υk3г2;

ωпр2=2ωг2k3 - вторая промежуточная частота;

φпр18г2k3.

Напряжение Uпр19(t) с выхода усилителя 58 второй промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 59 на +90°, на выходе которого образуется напряжение

Uпр20(t)=υпр18*Cos(ωпр2t+φпр18-90°+90°)=

прl8*Cos(ωпр2t+φпр18), 0≤t≤Tk3.

Напряжения Uпр18(t) и Uпр20(t) поступают на два входа сумматора 60, на выходе которого образуется суммарное напряжение

UΣ4(t)=υΣ4*Cos(ωпр2t+φпр18), 0≤t≤Tk3,

где υΣ4=2υпр18,

которое подается на второй вход перемножителя 61. На первый вход последнего поступает принимаемый ложный сигнал (помеха) Uk3(t) с выхода усилителя 29 мощности. На выходе перемножителя 61 образуется напряжение

U12(t)=υ12*Cos(2ωг2t+φг2), 0≤t≤Tk3,

где υ12=1/2*υk3Σ4,

которое не попадает в полосу пропускания узкополосного фильтра 62, ключ 64 не открывается.

Следовательно, ложный сигнал (помеха), принимаемый по третьему комбинационному каналу на частоте ωk3, подавляется с помощью «внутреннего кольца», состоящего из перемножителя 61, узкополосного фильтра 62, амплитудного детектора 63, ключа 64 и реализующего метод узкополосной фильтрации.

Таким образом, предлагаемая система по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение избирательности и помехоустойчивости приемников, размещенных на контрольных постах и диспетчерском пункте. Это достигается подавлением ложных сигналов (помех), принимаемых по первому и второму зеркальным каналам, по первому, второму, третьему и четвертому комбинационным каналам.

Автоматизированная система аварийного и экологического мониторинга окружающей среды региона, включающая стационарные контрольные посты с детекторами для измерения параметров и характеристик окружающей среды, мобильные контрольные посты с детекторами, каждый из которых включает блок определения местоположения, центральный контрольный пункт, блоки управления и приемопередатчики прямой и обратной связи контрольных постов с центральным контрольным пунктом, при этом каждый из стационарных и мобильных контрольных постов дополнительно содержит блок предварительной обработки информации, в который передаются данные измерений параметров и характеристик окружающей среды с датчиков стационарных и мобильных контрольных постов, а с блока предварительной обработки информация поступает в блок управления соответствующего контрольного поста, затем на блок шифрования от несанкционированного доступа и далее через блок помехоустойчивого кодирования в блок аналоговых сообщений, а затем в приемопередатчик, информация с которого поступает на центральный контрольный пункт, каждый приемопередатчик выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом блока помехоустойчивого кодирования, амплитудного модулятора, второй вход которого соединен с выходом блока аналоговых сообщений, 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 первого усилителя второй промежуточной частоты, последовательно подключенных амплитудного ограничителя и синхронного детектора, выход которого является первым выходом приемопередатчика, последовательно подключенных к выходу первого гетеродина первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом амплитудного ограничителя, полосового фильтра и фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, а выход является вторым выходом приемопередатчика, частоты гетеродинов разнесены на значение второй промежуточной частоты
ωг2г1пр2,
каждый из стационарных и мобильных контрольных постов излучает сложные сигналы с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией на одной несущей частоте
ω1пр1г2,
а принимает на другой частоте
ω2прг1,
где ωпр - промежуточная частота;
ωпр1 - первая промежуточная частота;
ωг1, ωг2 - частоты первого и второго гетеродинов,
а центральный контрольный пункт, наоборот, излучает сложные сигналы с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией на одной несущей частоте ω2, а принимает на другой частоте ω1, отличающаяся тем, что каждый приемопередатчик снабжен фазовращателями на +90° и -90°, третьим смесителем, вторым усилителем второй промежуточной частоты, сумматором, вторым перемножителем, узкополосным фильтром, амплитудным детектором и ключом, причем к второму выходу второго гетеродина последовательно подключены первый фазовращатель на -90°, третий смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя мощности, второй усилитель второй промежуточной частоты, второй фазовращатель на +90°, сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя второй промежуточной частоты, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя мощности, узкополосный фильтр, амплитудный детектор и ключ, второй вход которого соединен с выходом сумматора, а выход подключен к входу амплитудного ограничителя и к второму входу синхронного детектора, к второму выходу второго гетеродина приемопередатчика каждого контрольного поста подключен фазовращатель на -90°, при этом первый фазовращатель приемопередатчика каждого контрольного поста обеспечивает поворот фазы на -90°, а второй фазовращатель приемопередатчика центрального контрольного пункта обеспечивает поворот фазы на +90°.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области экологии. .

Изобретение относится к области контрольно-измерительных систем и может быть использовано при конструировании систем аварийного и экологического, в частности радиационного, мониторинга окружающей среды.

Изобретение относится к области контрольно-измерительных систем и может быть использовано при конструировании систем аварийного и экологического, в частности радиационного, мониторинга окружающей среды.

Изобретение относится к области контрольно-измерительных систем и может быть использовано при конструировании систем аварийного и экологического, в частности радиационного, мониторинга окружающей среды.

Изобретение относится к области контрольно-измерительных систем и может быть использовано при конструировании систем аварийного и экологического, в частности радиационного, мониторинга окружающей среды.

Изобретение относится к метеорологии и геофизике и может быть использовано при составлении карт плотности разрядов молнии в землю. .

Изобретение относится к области измерения температуры воздуха преимущественно при строительстве гидротехнических сооружений. .

Изобретение относится к метеорологии и может быть использовано при дистанционном определении метеорологической обстановки . .

Изобретение относится к метеорологии, и предназначено для дистанционного исследования атмосферного слоя методом акустической локации для метеорологического обеспечения взлета и посадки самолетов и позволяет упростить определение интенсивности турбулентности путем оценки статистических характеристик принимаемого эхо-сигнала.
Наверх