Экологическая система сбора информации о состоянии региона



Экологическая система сбора информации о состоянии региона
Экологическая система сбора информации о состоянии региона
Экологическая система сбора информации о состоянии региона
Экологическая система сбора информации о состоянии региона
Экологическая система сбора информации о состоянии региона
Экологическая система сбора информации о состоянии региона

 


Владельцы патента RU 2474882:

Сергеева Валентина Георгиевна (RU)
Дикарев Виктор Иванович (RU)
Журкович Антон Витальевич (RU)
Журкович Виталий Владимирович (RU)
Михайлов Виктор Анатольевич (RU)

Изобретение относится к области контрольных устройств (систем) и может быть использовано при конструировании систем экологического мониторинга городов и регионов. Технический результат - повышение помехоустойчивости и достоверности приема сложных сигналов с фазовой манипуляцией путем ослабления узкополосных помех. Экологическая система сбора информации о состоянии региона содержит контрольные пункты промышленных стоков предприятий, проводные каналы связи, локальные диспетчерские пункты контроля промышленных предприятий, радиоканалы связи, центральный диспетчерский пункт, первую группу датчиков экологического контроля состояния среды, вторую группу датчиков экологического контроля состояния среды, средства радиосвязи, датчиков с аппаратурой городской телефонной сети, станцию космической связи с сетью спутниковой космической разведки, авиационный комплекс оперативного дальнего действия с датчиками экологического контроля состояния среды четвертой группы и автомобильный комплекс ближнего действия с пятой группой датчиков экологического контроля состояния среды. 6 ил.

 

Предлагаемая система относится к области контрольных устройств (систем) и может быть использована при конструировании систем экологического мониторинга городов и регионов.

Известны устройства и системы экологического мониторинга городов и регионов (авт. свид. СССР №1.398.628; патенты РФ №2.105.523, 2.145.120, 2.150.126, 2.210.095, 2.275.689; патент США №3.819.862; патент Германии №2.179.480; патент Японии №62.62.304 и другие).

Из известных устройств и систем наиболее близкой к предлагаемой является «Экологическая система сбора информации о состоянии региона» (патент РФ №2.275.689, G08C 19/00, 2004), которая и выбрана в качестве прототипа.

Известная система содержит контрольные пункты промышленных стоков предприятий, проводные каналы связи, локальные диспетчерские пункты контроля промышленных предприятий, радиоканалы связи, центральный диспетчерский пункт, первую и вторую группы датчиков экологического контроля среды, средства радиосвязи датчиков с аппаратурой городской телефонной сети, станцию космической связи с сетью спутников космической экологической разведки, авиационный комплекс оперативного дальнего действия с датчиками экологического контроля состояния среды четвертой группы, автомобильный комплекс ближнего действия с пятой группой датчиков экологического контроля состояния среды и радиодатчики экологического контроля состояния региона.

Однако приемники спутников космической экологической разведки и станции космической связи не позволяют подавлять узкополосные помехи и не обеспечивают высокой помехоустойчивости и достоверности приема сложных сигналов с фазовой манипуляцией.

Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости и достоверности приема сложных сигналов с фазовой манипуляцией путем ослабления узкополосных помех.

Поставленная задача решается тем, что экологическая система сбора информации о состоянии региона, содержащая, в соответствии с ближайшим аналогом, контрольные пункты промышленных стоков предприятий, соединенные через одноименные проводные каналы связи с соответствующими локальными диспетчерскими пунктами промышленных стоков предприятий, выходы которых через одноименные радиоканалы связи соединены с соответствующими входами центрального диспетчерского пункта, группы датчиков экологического контроля состояния среды, средства радиосвязи, аппаратуру городской телефонной сети, модем, станцию космической связи, предназначенную для приема сообщений от сети спутников космической экологической разведки, авиационный комплекс оперативного дальнего действия с датчиками экологического контроля состояния среды четвертой группы, предназначенными для доразведки авиационным комплексом района загрязнения, и автомобильный комплекс ближнего действия с датчиками экологического контроля состояния среды пятой группы, предназначенными для доразведки автомобильным комплексом участка загрязнения, при этом датчики экологического контроля состояния среды первой группы через одноименные провода линии связи подключены к соответствующим входам центрального диспетчерского пункта, датчики экологического контроля состояния среды второй группы через соответствующий модем подключены к каналам аппаратуры городской телефонной сети, другие каналы которой через одноименные средства радиосвязи подключены к датчикам экологического контроля состояния среды третьей группы, одноименные каналы аппаратуры городской телефонной сети через модем соединены с центральным диспетчерским пунктом, станция космической связи через одноименные провода линии связи подключена к соответствующим входам центрального диспетчерского пункта, указанные авиационный и автомобильный комплексы с соответствующими датчиками экологического контроля состояния среды через одноименные средства радиосвязи подключены к каналам аппаратуры городской телефонной сети, радиодатчики экологического контроля состояния региона выполнены в виде последовательно включенных задающего генератора, фазового манипулятора, второй вход которого через преобразователь аналог-код соединен с выходом чувствительного элемента, усилителя мощности и передающей антенны, бортовая аппаратура спутников космической экологической разведки включает приемник, содержащий измерительный и четыре пеленгационных канала, и передатчик сложных сигналов с фазовой манипуляцией, при этом измерительный канал состоит из последовательно включенных приемной антенны, усилителя высокой частоты, первого смесителя, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, первого усилителя первой промежуточной частоты, шестого смесителя, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, усилителя второй промежуточной частоты, первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом первого фильтра нижних частот, первого узкополосного фильтра, второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, и первого фильтра нижних частот, выход которого является выходом измерительного канала, каждый пеленгационный канал состоит из последовательно включенных приемной антенны, усилителя высокой частоты, смесителя, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, усилителя первой промежуточной частоты, перемножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, узкополосного фильтра, фазового детектора и преобразователя аналог-код, выход которого является выходом пеленгационного канала, при этом вторые входы фазовых детекторов первого и третьего пеленгационных каналов соединены с выходом второго гетеродина, вторые входы фазовых детекторов второго и четвертого пеленгационных каналов соединены с выходами узкополосных фильтров первого и третьего пеленгационных каналов соответственно, приемные антенны измерительного и пеленгационных каналов размещены в виде симметричного геометрического креста, в пересечении которого помещена приемная антенна измерительного канала, общая для четырех пеленгационных каналов, расположенных в азимутальной и угломестной плоскостях, по два на каждую плоскость, 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, передатчик сложных сигналов с фазовой манипуляцией состоит из последовательно включенных задающего генератора, фазового манипулятора, второй вход которого через формирователь соединен с выходами пеленгационных каналов, усилителя мощности и передающей антенны, станция космической связи выполнена в виде последовательно включенных приемной антенны, усилителя высокой частоты, смесителя, второй вход которого соединен с выходом гетеродина, усилителя промежуточной частоты, первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом первого фильтра нижних частот, первого узкополосного фильтра, второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, и первого фильтра нижних частот, отличается от ближайшего аналога тем, что приемник бортовой аппаратуры спутников космической экологической разведки снабжен блоком вычитания и вторым демодулятором сложных сигналов с фазовой манипуляцией, который содержит последовательно подключенные к выходу усилителя второй промежуточной частоты третий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго фазоинвертора, второй узкополосный фильтр, первый фазоинвертор, четвертый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, второй фильтр нижних частот и второй фазоинвертор, выходы первого и второго фильтров нижних частот через блок вычитания подключены к входу формирователя цифрового сообщения, станция космической связи снабжена блоком вычитания и вторым демодулятором сложных сигналов с фазовой манипуляцией, который содержит последовательно подключенные к выходу усилителя промежуточной частоты третий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго фазоинвертора, второй узкополосный фильтр, первый фазоинвертор, четвертый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, второй фильтр нижних частот и второй фазоинвертор, выходы первого и второго фильтров нижних частот подключены к двум входам блока вычитания, соответственно, выход которого является выходом станции космической связи.

Структурная схема экологической системы сбора информации о состоянии региона представлена на фиг.1. Структурная схема радиодатчика экологического контроля состояния региона представлена на фиг.2. Взаимное расположение бортовых приемных антенн показано на фиг.3. Структурная схема бортовой аппаратуры спутников космической экологической разведки представлена на фиг.4. Структурная схема станции космической связи изображена на фиг.5. Временные диаграммы, поясняющие принцип работы космического сегмента системы, показаны на фиг.6.

Экологическая система сбора информации о состоянии региона содержит контрольные пункты промышленных стоков предприятий 1, проводные каналы связи 2, локальные диспетчерские пункты контроля промышленных предприятий 3, радиоканалы связи 4, центральный диспетчерский пункт 5, первую группу датчиков экологического контроля состояния среды 6, вторую группу датчиков экологического контроля состояния среды 7, средства радиосвязи 8, датчиков 7 с аппаратурой городской телефонной сети 9, станцию космической связи 10 с сетью спутниковой космической разведки, подключенную к пункту 5, авиационный комплекс оперативного дальнего действия 11 с датчиками экологического контроля состояния среды четвертой группы 11.1 и автомобильный комплекс ближнего действия 12 с пятой группой датчиков экологического контроля состояния среды 12.1, подключенные через одноименные средства радиосвязи 8 к аппаратуре городской телефонной сети 9.

Радиодатчик экологического контроля состояния региона содержит последовательно включенный задающий генератор 13, фазовый манипулятор 16, второй вход которого через преобразователь аналог-код 15 соединен с выходом чувствительного элемента 14, усилитель 17 мощности и передающую антенну 18.

Бортовая аппаратура спутников космической экологической разведки включает приемник, содержащий измерительный и четыре пеленгационных канала, и передатчик сложных сигналов с фазовой манипуляцией.

При этом измерительный канал состоит из последовательно включенных приемной антенны 19, усилителя 24 высокой частоты, первого смесителя 30, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 29, первого усилителя 35 первой промежуточной частоты, шестого смесителя 41, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 40, усилителя 42 второй промежуточной частоты, первого перемножителя 44, второй вход которого соединен с выходом фильтра 47 нижних частот, узкополосного фильтра 46, второго перемножителя 45, второй вход которого соединен с выходом усилителя 42 второй промежуточной частоты, и фильтра 47 нижних частот, выход которого является выходом измерительного канала.

Перемножители 44 и 45, узкополосный фильтр 46 и фильтр 47 нижних частот образуют первый демодулятор 43 сложных сигналов с фазовой манипуляцией (ФМн).

К выходу усилителя 42 второй промежуточной частоты последовательно подключены третий перемножитель 80, второй вход которого соединен с выходом второго фазоинвертора 85, второй узкополосный фильтр 82, первый фазоинвертор 84, четвертый перемножитель 81, второй вход которого соединен с выходом усилителя 42 второй промежуточной частоты, второй фильтр 83 нижних частот и второй фазоинвертор 85. Выходы первого 47 и второго 83 фильтров нижних частот через блок 86 вычитания подключены к входу формирователя 64 цифрового сообщения.

Перемножители 80 и 81, узкополосный фильтр 82, фильтр 83 нижних частот, первый 84 и второй 85 фазоинверторы образуют второй демодулятор 79 сложных сигналов с фазовой манипуляцией.

Каждый пеленгационный канал состоит из последовательно включенных приемной антенны 20 (21, 22, 23), усилителя 25 (26, 27, 28), высокой частоты смесителя 31 (32, 33, 34), второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 29, усилителя 36 (37, 38, 39) первой промежуточной частоты, перемножителя 48 (49, 50, 51), второй вход которого соединен с выходом усилителя 42 второй промежуточной частоты, узкополосного фильтра 52 (53, 54, 55), фазового детектора 56 (57, 58, 59) и преобразователя аналог-код 60 (61, 62, 63), выход которого является выходом пеленгационного канала. Вторые входы фазовых детекторов 56 и 58 соединены с выходом второго гетеродина 40. Вторые входы фазовых детекторов 57 и 59 соединены с выходами узкополосных фильтров 52 и 54 соответственно.

Бортовой передатчик состоит из последовательно включенных формирователя 64, входы которого соединены с выходами измерительного и пеленгационных каналов соответственно, фазового манипулятора 66, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 65, усилителя мощности 67 и передающей антенны 68.

Станция 10 космической связи состоит из последовательно включенных приемной антенны 69, усилителя 70 высокой частоты, смесителя 72, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 71, усилителя 73 промежуточной частоты, первого перемножителя 75, второй вход которого соединен с выходом первого фильтра 78 нижних частот, первого узкополосного фильтра 77, второго перемножителя 76, второй вход которого соединен с выходом усилителя 73 промежуточной частоты, и первый фильтр 78 нижних частот.

Перемножители 75 и 76, узкополосный фильтр 77 и фильтр 78 нижних частот образуют первый демодулятор 74 ФМн-сигналов. К выходу усилителя 73 промежуточной частоты последовательно подключены третий перемножитель 88, второй вход которого соединен с выходом второго фазоинвертора 93, второй узкополосный фильтр 90, первый фазоинвертор 92, четвертый перемножитель 89, второй вход которого соединен с выходом усилителя 73 промежуточной частоты, второй фильтр 91 нижних частот и второй фазоинвертор 93. Выходы первого 78 и второго 91 фильтров нижних частот подключены к входам блока 94 вычитания, выход которого является выходом станции космической связи.

Перемножители 88 и 89, второй узкополосный фильтр 90, второй фильтр 91 нижних частот, первый 92 и второй 93 фазоинверторы образуют второй демодулятор 87 сложных сигналов с фазовой манипуляцией.

Система работает следующим образом.

Космический сегмент системы содержит радиодатчики экологического контроля состояния региона, сеть спутников космической экологической разведки и станцию космической связи. Он обеспечивает мониторинг поверхности Земли, воздушной среды, ионосферы, космического пространства, радиационной обстановки в регионе и измерение концентрации и других параметров вредных веществ, пространственных, временных и вероятностных параметров зон загрязнения и разрушения озонного слоя. Измерение того или иного параметра осуществляется с помощью чувствительного элемента 14. Преобразователь 15 аналог-код преобразует измеренное значение параметра в цифровой код M(t) (фиг.6,б).

Задающий генератор 13 формирует высокочастотные колебания (фиг.6,и)

UC(t)=υc*Cos(ωct+φc), 0≤t≤TC,

где υс, ωс, φс, TC - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность высокочастотного колебания,

которое поступает на первый вход фазового манипулятора 16, на второй вход которого подается модулирующий код M(t) (фиг.6,б). На выходе фазового манипулятора 16 образуется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн) (фиг.6,в)

,

где φk(t)={0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t) (фиг.6,б), причем φk(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 TC, (TC=N*τэ).

Данный сигнал после усиления в усилителе 17 мощности излучается передающей антенной 18 в эфир, улавливается приемными антеннами 19-23:

U1(t)=υ1*Cos[(ωс±Δω)t+φk(t)+φ1],

U2(t)=υ2*Cos[(ωс±Δω)t+φk(t)+φ2],

U3(t)=υ3*Cos[(ωс±Δω)t+φk(t)+φ3],

U4(t)=υ4*Cos[(ωс±Δω)t+φk(t)+φ4],

U5(t)=υ5*Cos[(ωс±Δω)t+φk(t)+φ5], 0≤t≤TC,

где ±Δω - нестабильность несущей частоты, обусловленная эффектом Доплера и другими дестабилизирующими факторами.

Указанные сигналы поступают на первые входы смесителей 30-34, на вторые входы которых подается напряжение первого гетеродина 29

UГ1(t)=υг1*Cos(ωг1t+φг1).

На выходах смесителей 30-34 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 35-39 выделяются только напряжения первой промежуточной (разностной) частоты:

UПР1(t)=υпр1*Cos[(ωпр1±Δω)t+φk(t)+φпр1],

UПР2(t)=υпр2*Cos[(ωпр1±Δω)t+φk(t)+φпр2],

UПР3(t)=υпр3*Cos[(ωспр1±Δω)t+φk(t)+φпр3],

UПР4(t)=υпр4*Cos[(ωпр1±Δω)t+φk(t)+φпр4],

UПР5(t)=υпр5*Cos[(ωпр1±Δω)t+φk(t)+φпр5], 0≤t≤TC,

где υпр1=1/2K11г1; υпр4=1/2K14г1;

υпр2=1/2K12г1; υпр5=1/2K15г1;

υпр3=1/2K13г1;

K1 - коэффициент передачи смесителей;

ωпр1сг1 - первая промежуточная частота;

φпр11г1; φпр44г1;

φпр22г1; φпр55г1;

φпр33г1.

Напряжение UПР1(t) с выхода усилителя 35 первой промежуточной частоты поступает на первый вход смесителя 41, на второй вход которого подается напряжение второго гетеродина 40

UГ2(t)=υг2*Cos(ωг2t+φг2).

На выходе смесителя 41 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 42 выделяется напряжение второй промежуточной частоты (фиг.6,г)

UПР6(t)=υпр6*Cos[(ωпр2±Δω)t+φk(t)+φпр6], 0≤t≤TC,

где υпр6=1/2K1пр1г2;

ωпр2пр1г2 - вторая промежуточная частота;

φпр6пр1г2.

Это напряжение поступает на вход демодулятора 43 ФМн-сигналов, состоящего из перемножителей 44 и 45, узкополосного фильтра 46 и фильтра 47 нижних частот.

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

Принципиально возможны три метода получения опорного напряжения (В.И.Дикарев. «Методы и технические решения приема и обработки радиосигналов». Учебник. - СПб, 2000, 533 с.):

- от местного генератора;

- с помощью вспомогательного пилот-сигнала, передаваемого по отдельному каналу;

- непосредственно из самого принимаемого ФМн-сигнала.

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

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

Наибольшее распространение нашел метод выделения опорного напряжения непосредственно из принимаемого ФМн-сигнала. Для реализации данного метода разработан ряд интересных и оригинальных устройств, например схемы А.А.Пистолькорса, В.И.Сифорова, Д.Ф.Костаса и Г.А.Травина, от которых в значительной степени зависит качество когерентного приема и синхронного детектирования ФМн-сигнала. Эти устройства выполняют две основные функции: устраняют манипуляцию фазы в принимаемом ФМн-сигнале и осуществляют его фильтрацию на фоне помех и шумов.

Однако указанным устройствам свойственен такой недостаток, как явление «обратной работы», которое обусловлено скачкообразными переходами фазы опорного напряжения, выделяемого непосредственно из принимаемого ФМн-сигнала, из одного состояния «0» в другое «π» под действием помех, кратковременного прекращения приема и других факторов. Эти переходы за время приема ФМн-сигнала могут происходить в случайные моменты времени.

В предлагаемом приемном устройстве используются фазовые демодуляторы 43 и 79, свободные от явления «обратной работы».

Напряжение UПР6(t) (фиг.6,г) с выхода усилителя 42 второй промежуточной частоты поступает на первые входы перемножителей 44, 45, 80 и 81. На вторые входы перемножителей 45 и 81 с выходов узкополосного фильтра 46 и фазоинвертора 84 подаются опорные напряжения соответственно (фиг.6,д,ж):

UО1(t)=υо*Cos[(ωпр2±Δω)t+φпр6],

UО2(t)=-υo*Cos[(ωпр2±Δω)t+φпр6], 0≤t≤TC.

На выходе перемножителей 45 и 81 образуются суммарные напряжения соответственно:

UΣ1(t)=υΣ*Cosφk(t)+υΣ*Cos[(2ωпр±2Δω)t+φk(t)+2φпр6],

UΣ2(t)=-υΣ*Cosφk(t)-υΣ*Cos[(2ωпр±2Δω)t+φk(t)+2φпр6],

0≤t≤TC.

где υΣ=1/2*υпр6о.

Фильтрами 47 и 83 выделяются низкочастотные напряжения соответственно (фиг.6,е,з):

UH1(t)=υΣ*Cosφk(t),

UH2(t)=-υΣ*Cosφk(t), 0≤t≤TC,

пропорциональные модулирующему коду M(t) (фиг.6,б). Указанные низкочастотные напряжения подаются на два входа блока 86 вычитания. Вычитая одно из другого указанные низкочастотные напряжения с учетом их противоположной полярности, на выходе блока 86 вычитания образуется удвоенное (суммарное) низкочастотное напряжение (фиг.6,и)

UH(t)=UH1(t)-UH2(t)=υн*Cosφk(t),

где υн=2υΣ,

т.е. получается сложение по абсолютной величине напряжений UН1(t) и UН2(t). При этом аддитивные амплитудные помехи проходят через два демодулятора 43 и 79 одинаково, изменяя амплитуды выходных продетектированных напряжений в одну и ту же сторону. Но в блоке 86 вычитания они вычитаются, оставаясь однополярными, т.е. подавляются, взаимно компенсируются.

Напряжение UH(t) поступает на вход формирователя 64.

Низкочастотное напряжение UH2(t) (фиг.6,з) с выхода фильтра 83 нижних частот поступает на вход фазоинвертора 85, на выходе которого образуется низкочастотное напряжение (фиг.6,к)

UH3(t)=υΣ*Cosφk(t), 0≤t≤TC.

Низкочастотные напряжения UH1(t) и UH3(t) с выхода фильтра 47 нижних частот и фазоинвертора 85 поступают на второй вход перемножителей 44 и 80 соответственно, на выходе которых образуются гармонические напряжения:

UO1(t)=υ10*Cos[(ωпр2±Δω)t+φпр6]+

10*Cos[(ωпр2±Δω)t+2φk(t)+φпр6],

UO3(t)=υ10*Cos[(ωпр2±Δω)t+φпр6]+

10*Cos[(ωпр2±Δω)t+2φk(t)+φпр6],

где υ10=1/2*υпр6Σ;

υО=2υ10.

Данные напряжения выделяются узкополосными фильтрами 46 и 82 соответственно. Напряжение UО1(t) (фиг.6,д) с выхода узкополосного фильтра 46 подается на второй вход перемножителя 45. Напряжение UО3(t) выделяется узкополосным фильтром 82 и поступает на вход фазоинвертора 84, на выходе которого образуется напряжение (фиг.6,ж)

UО2(t)=-υо*Cos[(ωпр2±Δω)t+φпр6],

которое подается на второй вход перемножителя 80.

Напряжение Uпр6(t) с выхода усилителя 42 второй промежуточной частоты одновременно подается на вторые входы перемножителей 48-51 пеленгационных каналов, на первые входы которых поступают напряжения UПР2(t)÷UПР5(t) с выходов усилителей 36-39 первой промежуточной частоты соответственно.

На выходах перемножителей 48-51 образуются следующие гармонические напряжения:

U6(t)=υ6*Cos(ωг2t+φг2+Δφ1),

U7(t)=υ7*Cos(ωг2t+φг2-Δφ2),

U8(t)=υ8*Cos(ωг2t+φг2+Δφ3),

U9(t)=υ9*Cos(ωг2t+φг2-Δφ4), 0≤t≤TC,

где υ6=1/2K2пр2пр6;

υ7=1/2K2пр3пр6;

υ8=1/2K2пр4пр6;

υ9=1/2K2пр5пр6;

Δφ121=2π(d/λ)*Cosα;

Δφ231=2π(d/λ)*Cosα;

Δφ341=2π(d/λ)*Cosβ;

Δφ451=2π(d/λ)*Cosβ;

где α, β - угловые координаты радиодатчика (азимут и угол места), которые выделяются узкополосными фильтрами 52-55 и поступают на первые входы фазовых детекторов 56-59 соответственно. На вторые входы фазовых детекторов 56 и 58 подается напряжение UГ2(t) второго гетеродина 40. На вторые входы фазовых детекторов 57 и 59 подаются гармонические напряжения U6(t) и U8(t) соответственно.

Знаки «+» и «-» перед фазовыми сдвигами соответствуют диаметрально противоположным положениям приемных антенн 20 и 21, 22 и 23 относительно приемной антенны 19.

На выходах фазовых детекторов 56-59 образуются постоянные напряжения:

UН1(α)=υн1*CosΔφ1,

UН2(α)=υн2*CosΔφ5,

UН3(β)=υн3*CosΔφ3,

UН4(β)=υн4*CosΔφ6,

где υн1=1/2K36г2;

υн2=1/2K367;

υн3=1/2K38г2;

υн4=1/2K389;

K3 - коэффициент передачи фазовых детекторов;

Δφ5=Δφ1+Δφ2=2π(2d/λ)*Cosα;

Δφ6=Δφ3+Δφ4=2π(2d/λ)*Cosβ;

которые поступают на входы преобразователей аналог-код 60-63 соответственно, выходы которых являются выходами пеленгационных каналов. На указанных выходах в цифровой форме представляются фазовые сдвиги Δφ1, Δφ5, Δφ3, Δφ6 соответственно.

Зная высоту h полета ИСЗ и измерив с высокой точностью и однозначностью азимут α и угол места β, можно определить местоположение радиодатчика экологического контроля состояния региона.

В аналоге UН(t) модулирующего кода M(t) содержатся сведения об измеренном том или другом параметре, отражающем экологическое состояние региона.

Приемные антенны 20-23 размещаются таким образом, что измерительные базы образуют геометрический симметричный крест, в пересечении которого помещается приемная антенна 19 измерительного канала, общая для приемных антенн 20-23 пеленгационных каналов, размещенных в азимутальной (горизонтальной) и угломестной (вертикальной) плоскостях (фиг.3). При этом в каждой плоскости меньшие измерительные базы d образуют грубые, но однозначные шкалы пеленгации, а большие измерительные базы 2d - точные, но неоднозначные шкалы пеленгации, между которыми устанавливается следующее неравенство:

d/λ<1/2≤2d/λ.

Так, предполагается использовать фазовый метод пеленгации радиодатчиков экологического контроля состояния региона с борта спутника космической экологической разведки с помощью пяти приемных антенн 19-23, расположенных в виде симметричного геометрического креста. При этом приемные антенны 20 и 21, 22 и 23 располагаются на специальных панелях, аналогичных солнечным панелям, которые после вывода космического аппарата на орбиту раскрываются и располагаются параллельно поверхности Земли (фиг.3).

Вся полученная на борту КА информация от радиодатчиков включается с помощью формирователя 64 в состав формата цифрового сообщения Мф(t), передаваемого на станцию 10 космической связи. В передающем устройстве также используется фазовая манипуляция несущей частоты композиционным кодом Мф(t). Для этого используются задающий генератор 65, фазовый манипулятор 66, усилитель 67 мощности и передающая антенна 68. Принцип работы передатчика аналогичен принципу работы радиодатчика (фиг.2). Отличаются они только разными несущими частотами.

Станция 10 космической связи обеспечивает прием и обработку ФМн-сигналов, излучаемых бортовой аппаратурой КА космической экологической разведки. Станция 10 космической связи содержит приемную антенну 69, усилитель 70 высокой частоты, гетеродин 71, смеситель 72, усилитель 73 промежуточной частоты, демодуляторы 74 и 87 ФМн-сигналов, перемножители 75, 76, 88 и 89, узкополосные фильтры 77 и 90, фильтры 78 и 91 нижних частот, фазоинверторы 92 и 93, блок 94 вычитания. Принцип ее работы соответствует принципу работы бортового приемника (фиг.4).

Станция 10 размещается в месте дислокации центрального диспетчерского пункта 5 и принимает типовые сообщения от сети спутников космической экологической разведки, контролирующих регион и проводящих мониторинг поверхности Земли, воздушной среды, ионосферы, экзосферы, космического пространства, радиационной обстановки и измеряющих концентрацию и другие параметры вредных веществ, пространственные, временные и вероятностные параметры зон загрязнения и разрушения озонового слоя.

Принятое станцией 10 типовое сообщение в виде сложного ФМн-сигнала преобразуется в типовое сообщение для передачи его по проводным (кабельным) линиям связи на центральный диспетчерский пункт 5.

Одновременно датчики 6 первой группы для дистанционного и датчики 7 второй группы непосредственного экологического мониторинга воздушной, водной сред, почвы, радиационной обстановки измеряют концентрацию вредных веществ, пространственные, временные и вероятностные параметры зон загрязнения, характеристики источников загрязнения и формируют типовое сообщение, которое передают по проводным (кабельным) линиям связи на центральный диспетчерский пункт 5.

Параллельно, для мониторинга водной среды контрольные пункты промышленных стоков предприятий 1 получают информацию о текущих значениях контролируемых параметров и передают показания в локальный диспетчерский пункт 3 контроля промстоков предприятия по кабельной 2-проводной линии связи 2. Локальные диспетчерские пункты 3 контролируют информацию о загрязнении водной среды и передают ее в центральный диспетчерский пункт 5 по радиоканалам связи 4.

Следовательно, типовые сообщения станции 10, датчиков 7 непосредственного и датчиков 6 дистанционного экологического мониторинга передаются по проводным (кабельным) линиям связи непосредственно на центральный диспетчерский пункт 5. Удаление места расположения датчиков 6, 7 экологического мониторинга от центрального диспетчерского пункта 5 создает определенные технические трудности, но наличие абонентского пункта аппаратуры городской (региональной) телефонной сети 9 в месте расположения датчиков 6, 7 позволяет передать типовые сообщения с использованием модема по городской телефонной сети 9 на центральный диспетчерский пункт 5.

При мониторинге мест, удаленных от городской (региональной) телефонной сети 9, с помощью датчиков 7 непосредственного экологического мониторинга среды передача типового сообщения от этих датчиков осуществляется по маломощным средствам радиосвязи 8. Причем передатчик средства радиосвязи 8 соединен с датчиком 7 непосредственного экологического мониторинга, а приемник - с абонентским пунктом аппаратуры городской телефонной сети 9 с использованием модема (не показан).

Центральный диспетчерский пункт 5 собирает информацию об экологическом состоянии региона, регистрирует ее и представляет с помощью технических средств как в автоматическом, так и в диалоговом режимах.

В случае низкой точности оценки зон загрязнения вследствие недостаточности данных от источников измерения центральный диспетчерский пункт по показателю «эффективность - стоимость - время» вырабатывает в соответствии с выбранными критериями (первой и второй) команду на доразведку района экологического загрязнения.

При достижении первого критерия доразведка района загрязнения проводится авиационным комплексом оперативного дальнего действия 11 с датчиками экологического контроля состояния среды четвертой группы 11.1.

Достижение второго критерия предусматривает доразведку участка загрязнения автомобильным комплексом ближнего действия 12 с пятой группой датчиков экологического контроля состояния среды 12.1.

Сформированные комплексами 11 и 12 типовые сообщения передаются по средствам радиосвязи 8, либо вводятся непосредственно в технические средства на центральном диспетчерском пункте 5.

Уточненная информация об экологическом состоянии региона центральным диспетчерским пунктом 5 передается в вышестоящие и смежные системы экологического мониторинга с представлением ее с помощью технических средств как в автоматическом, так и в диалоговом режимах.

Конструкция предложенной системы основана на использовании известных элементов, принципов приема, обработки и пеленгации сложных сигналов с фазовой манипуляцией, отражающих современный уровень развития науки и техники, и технических трудностей для реализации не представляет.

Данная экологическая система сбора информации о состоянии региона расширяет диапазон контролируемых параметров по высоте - на всю глубину околоземного космического пространства, по площади - одновременный охват площади всего региона.

Экологическая система сбора информации о состоянии региона обеспечивает расширение потенциальных возможностей космического сегмента системы. Это достигается за счет оперативного обнаружения и точного определения местоположения радиодатчиков экологического контроля состояния региона с борта спутника космической экологической разведки с помощью измерительного и четырех пеленгационных каналов и пяти приемных антенн, расположенных в виде симметричного геометрического креста, в пересечении которого помещается приемная антенна измерительного канала, общая для приемных антенн пеленгационных каналов, размещенных в азимутальной (горизонтальной) и угломестной (вертикальной) плоскостях. При этом в каждой плоскости меньшие измерительные базы d образуют грубые, но однозначные шкалы пеленгации, а большие измерительные базы 2d - точные, но неоднозначные шкалы пеленгации, между которыми устанавливается следующее неравенство:

d/λ<1/2≤2d/λ,

где λ - длина волны.

Кроме того, предлагаемая система позволяет повысить помехоустойчивость и достоверность передачи экологической информации. Это достигается за счет использования сложных сигналов с фазовой манипуляцией.

Сложные сигналы с фазовой манипуляцией открывают новые возможности в технике передачи сообщений об экологическом состоянии в регионе. Они 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 радиодатчиками и селекцией их на приемной стороне с помощью частотных фильтров. Его можно заменить новым методом, основным на одновременной работе каждого радиодатчика во всем диапазоне частот сложными сигналами с фазовой манипуляцией с выделением приемником сигнала необходимого радиодатчика посредством его структурной селекции.

К числу других проблем, от решения которых в значительной мере зависит дальнейший прогресс средств космической радиосвязи, следует отнести проблему установления надежной связи в каналах при наличии многолучевого характера распространения радиоволн. Наличие многолучевого распространения радиоволн приводит к искажению принимаемых сигналов, что затрудняет прием, пеленгацию и снижает достоверность передачи экологической информации.

Попытки преодолеть вредное влияние многолучевости предпринимаются уже давно. К ним можно отнести разнесенный прием, селекцию сигналов по времени и углу перехода, корректирующее кодирование и некоторые другие методы. Однако все они не дают принципиального решения проблемы.

Сложный сигнал с фазовой манипуляцией благодаря своим хорошим корреляционным свойствам может быть «свернут» в узкий импульс, длительность которого обратно пропорциональна используемой ширине полосы частот. Выбирая такую полосу частот, чтобы длительность «свернутого» импульса была меньше времени запаздывания, можно осуществить раздельный прием импульсов, приходящих в точку приема различными путями, а суммируя их энергию, можно, кроме того, повысить помехоустойчивость приема сложных сигналов с фазовой манипуляцией. Тем самым указанная проблема получает принципиальное разрешение.

Сложные сигналы с фазовой манипуляцией 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 сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами и помехами. Причем энергия сложного 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 сигналов с фазовой манипуляцией обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку сложных сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемника.

Предлагаемая система инвариантна к виду модуляции и нестабильности несущей частоты принимаемых сигналов, так как пеленгация радиодатчиков осуществляется на стабильной частоте ωГ2 второго гетеродина 40. Поэтому указанные факторы не оказывают влияния на точность фазовых измерений.

Таким образом, предлагаемая система по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение помехоустойчивости и достоверности приема сложных сигналов с фазовой манипуляцией бортовой аппаратурой спутников космической экологической разведки и станцией космической связи. Это достигается путем ослабления узкополосных помех и повышения отношения сигнал/шум на выходе блока вычитания с помощью двух универсальных демодуляторов, инверсные выходные напряжения которых складываются по абсолютной величине, а униполярные помеховые напряжения взаимно вычитаются.

Экологическая система сбора информации о состоянии региона, содержащая контрольные пункты промышленных стоков предприятий, соединенные через одноименные проводные каналы связи с соответствующими локальными диспетчерскими пунктами промышленных стоков предприятий, выходы которых через одноименные радиоканалы связи соединены с соответствующими входами центрального диспетчерского пункта, группы датчиков экологического контроля состояния среды, средства радиосвязи, аппаратуру городской телефонной сети, модем, станцию космической связи, предназначенную для приема сообщений от сети спутников космической экологической разведки, авиационный комплекс оперативного дальнего действия с датчиками экологического контроля состояния среды четвертой группы, предназначенными для доразведки авиационным комплексом района загрязнения, и автомобильный комплекс ближнего действия с датчиками экологического контроля состояния среды пятой группы, предназначенными для доразведки автомобильным комплексом участка загрязнения, при этом датчики экологического контроля состояния среды первой группы через одноименные провода линии связи подключены к соответствующим входам центрального диспетчерского пункта, датчики экологического контроля состояния среды второй группы через соответствующий модем подключены к каналам аппаратуры городской телефонной сети, другие каналы которой через одноименные средства радиосвязи подключены к датчикам экологического контроля состояния среды третьей группы, одноименные каналы аппаратуры городской телефонной сети через модем соединены с центральным диспетчерским пунктом, станция космической связи через одноименные провода линии связи подключена к соответствующим входам центрального диспетчерского пункта, указанные авиационный и автомобильный комплексы с соответствующими датчиками экологического контроля состояния среды через одноименные средства радиосвязи подключены к каналам аппаратуры городской телефонной сети, радиодатчики экологического контроля состояния региона выполнены в виде последовательно включенных задающего генератора, фазового манипулятора, второй вход которого через преобразователь аналог-код соединен с выходом чувствительного элемента, усилителя мощности и передающей антенны, бортовая аппаратура спутников космической экологической разведки включает приемник, содержащий измерительный и четыре пеленгационных канала, и передатчик сложных сигналов с фазовой манипуляцией, при этом измерительный канал состоит из последовательно включенных приемной антенны, усилителя высокой частоты, первого смесителя, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, первого усилителя первой промежуточной частоты, шестого смесителя, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, усилителя второй промежуточной частоты, первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом первого фильтра нижних частот, первого узкополосного фильтра, второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, и первого фильтра нижних частот, выход которого является выходом измерительного канала, каждый пеленгационный канал состоит из последовательно включенных приемной антенны, усилителя высокой частоты, смесителя, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, усилителя первой промежуточной частоты, перемножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, узкополосного фильтра, фазового детектора и преобразователя аналог-код, выход которого является выходом пеленгационного канала, при этом вторые входы фазовых детекторов первого и третьего пеленгационных каналов соединены с выходом второго гетеродина, вторые входы фазовых детекторов второго и четвертого пеленгационных каналов соединены с выходами узкополосных фильтров первого и третьего пеленгационных каналов соответственно, приемные антенны измерительного и пеленгационных каналов размещены в виде симметричного геометрического креста, в пересечении которого помещена приемная антенна измерительного канала, общая для четырех пеленгационных каналов, расположенных в азимутальной и угломестной плоскостях, по два на каждую плоскость, 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 отсчетов углов, а большими базами 2d образованы точные, но неоднозначные шкалы отсчетов углов, передатчик сложных сигналов с фазовой манипуляцией состоит из последовательно включенных задающего генератора, фазового манипулятора, второй вход которого через формирователь цифрового сообщения соединен с выходами пеленгационных каналов, усилителя мощности и передающей антенны, станция космической связи выполнена в виде последовательно включенных приемной антенны, усилителя высокой частоты, смесителя, второй вход которого соединен с выходом гетеродина, усилителя промежуточной частоты, первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом первого фильтра нижних частот, узкополосного фильтра, второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, и первого фильтра нижних частот, отличающаяся тем, что приемник бортовой аппаратуры спутников космической экологической разведки снабжен блоком вычитания и вторым демодулятором сложных сигналов с фазовой манипуляцией, который содержит последовательно подключенные к выходу усилителя второй промежуточной частоты третий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго фазоинвертора, второй узкополосный фильтр, первый фазоинвертор, четвертый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, второй фильтр нижних частот и второй фазоинвертор, выходы первого и второго фильтров нижних частот через блок вычитания подключены к входу формирователя цифрового сообщения, станция космической связи снабжена блоком вычитания и вторым демодулятором сложных сигналов с фазовой манипуляцией, который содержит последовательно подключенные к выходу усилителя промежуточной частоты третий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго фазоинвертора, второй узкополосный фильтр, первый фазоинвертор, четвертый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, второй фильтр нижних частот и второй фазоинвертор, выходы первого и второго фильтров нижних частот подключены к двум входам блока вычитания соответственно, выход которого является выходом станции космической связи.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области воздушного мониторинга с применением беспилотных летательных аппаратов, и может быть использовано в системах дистанционного контроля состояния особо важных объектов различной конфигурации.

Изобретение относится к технике связи и может быть использовано в телеметрии и для передачи данных по каналам связи. .

Изобретение относится к телеметрии, технике связи и может быть использовано в системах передачи информации по дискретным каналам связи. .

Изобретение относится к области геофизических исследований буровых скважин, в частности к способам передачи сигналов измерения из скважины на поверхность и может быть использовано в реализации протоколов связи цифровых связочных приборов.

Изобретение относится к области радиотехники, к области электрической и оптической связи и может использоваться для обработки сигналов в процессе их передачи и приема.

Изобретение относится к инструменту шины и способу для прогнозируемого ограничения энергопотребления в двухпроводной шине. .

Изобретение относится к телеметрии, технике связи и может быть использовано в системах передачи информации по цифровым каналам связи. .

Изобретение относится к телеметрии, технике связи и может быть использовано в системах передачи информации по дискретным каналам связи. .

Изобретение относится к телеметрии, технике связи, а также к системам передачи информации по цифровым каналам связи. .

Изобретение относится к телеметрии и может быть использовано в системах передачи данных по каналам связи при летных испытаниях ракетно-космической техники

Изобретение относится к телеметрии и может быть использовано в системах передачи данных по каналам связи при летных испытаниях баллистических ракет (БР) и ракетно-космической техники (РКТ)

Изобретение относится к области систем передачи и приема дискретных сигналов

Изобретение относится к телеметрии, технике связи и может быть использовано в системах передачи информации по цифровым каналам связи

Изобретение относится к способам межмодульного информационного обмена в устройствах информационно-управляющих комплексов, использующих магистрально-модульную архитектуру

Способ совместной обработки телеметрических сигналов с временным разделением каналов, зарегистрированных на пространственно разнесенных измерительных средствах, относится к радиотехнике, телеизмерительной технике. Технический результат - сокращение потерь телеизмерений, связанных с пороговым эффектом приемной аппаратуры, возникающем при неблагоприятных условиях приема на пространственно разнесенных измерительных средствах. Такой результат достигается тем, что способ предполагает формирование обобщенного массива данных, на основе совместной обработки сигналов, зарегистрированных на пространственно разнесенных измерительных средствах способом фиксации мгновенных значений квадратурных составляющих сигнала промежуточной частоты, до решающих устройств, что позволит получить в результате совместной обработки улучшение соотношения сигнал-шум на входе решающего устройства. 3 ил.

Изобретение относится к области автоматики и телемеханики и может быть использовано в аппаратуре автоматической локомотивной сигнализации. Технический результат заключается в повышении достоверности работы приемника. Приемник частотного сигнала содержит входной усилитель, частотный фильтр, усилитель мощности, исполнительный элемент, генератор, формирователь импульсов, ключевой элемент, логический блок, реализующий логическую функцию «сложение по модулю 2», детектор, интегратор, пороговый элемент, выход которого предназначен для управления переключением системы торможения, и шину синхронизации. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области информационно-измерительной техники и автоматики и может быть использовано в датчиках, обеспечивающих измерение различных физических величин. Техническим результатом является повышение быстродействия датчика за счет минимизации влияния внутренней емкости 2 сенсора 1 на переходный процесс, связанный со «скачкообразным» изменением измеряемой величины. Быстродействующий датчик физических величин с потенциальным выходом содержит сенсор (1) с внутренней емкостью (2) и внутренним сопротивлением (3), включенный по переменному току между входом (4) инвертирующего буферного усилителя напряжения (5), выход (6) которого является выходом устройства, и общей шиной источника питания (7). Выход устройства (6) соединен со входом (4) инвертирующего буферного усилителя напряжения (5) через последовательно соединенные корректирующий конденсатор (8) и дополнительный инвертирующий усилитель тока (9). 4 ил.
Наверх