Спутниковая система для определения местоположения судов и самолетов, потерпевших аварию

Изобретение предназначено для определения местоположения аварийных радиобуев (АРБ), передающих радиосигналы бедствия на частоте 121,5 МГц и в диапазоне частот 406-406,1 МГц. Достигаемый технической результат изобретения - расширение функциональных возможностей системы путем формирования измерительных баз косвенным методом, точного и однозначного определения местоположения аварийных радиобуев, размещенных на судах и самолетах, потерпевших аварию. Указанный результат достигается за счет того, что спутниковая система для определения местоположения судов и самолетов, потерпевших бедствие, содержит два аварийных радиобуя, искусственный спутник Земли (ИЗС), пять приемных антенн, три приемных устройства, два запоминающих устройства, передатчик с антенной, пункт приема информации, содержит также приемное устройство с приемной антенной, два устройства обработки информации, устройство сопряжения с сетями связи, устройство контроля и управления, устройство связи поисково-спасательных организаций, при этом .третье приемное устройство содержит пять приемных антенн, шесть смесителей, пять усилителей первой промежуточной частоты, шесть перемножителей, пять узкополосных фильтров, блок поиска, два гетеродина, обнаружитель фазоманипулированных (ФМн) сигналов, удвоитель фазы, два измерителя ширины спектра, блок сравнения, пороговый блок, линию задержки, ключ, усилитель второй промежуточной частоты, демодулятор ФМн сигналов, фильтр нижних частот, шесть фазометров, три вычитателя, четыре сумматора. 4 ил.

 

Предлагаемая система, называемая системой КОСПАС-САРСАТ, предназначена для определения местоположения аварийных радиобуев (АРБ), передающих радиосигналы бедствия на частоте 121,5 МГц и в диапазоне частот 406-406,1 МГц.

Известны следующие спутниковые системы:

- ИНМАРСАТ, представляющая для использования в глобальной морской системе связи различные виды услуг, включая оповещение о бедствии и связь с использованием телефонии, буквопечатания, передачи данных и факсимиле;

- ИНТЕЛСАТ VI, состоящая из десяти независимых ретрансляторов - по одному на каждый луч антенны связи;

- ГЛОМАР - перспективная система спутниковой связи с подвижными объектами в диапазоне частот 1,5-1,6 МГц;

- ЛОКСТАР, предназначенная для местоопределения подвижных объектов и ретрансляции радиосообщений;

- система глобального автоматического контроля транспортных средств при нормальных и экстремальных условиях (патент РФ №2.158.003, G01S 7/00, 2000);

- спутниковые системы для определения местоположения судов и самолетов, потерпевших аварию (патенты РФ №№2.027.195, 2.201.601; Глобальная морская система связи при бедствии и для обеспечения безопасности. - М.: Транспорт, 1989, с. 30, рис. 12 и другие).

Из известных систем наиболее близкой к предлагаемой является «Спутниковая система для определения местоположения судов и самолетов, потерпевших аварию» (патент РФ №2.201.601, G01S 5/04, 2001), которая и выбрана в качестве базового объекта.

Известная система обеспечивает точное и однозначное измерение угловых координат: α (азимута) и β (угла места) аварийных радиобуев (АРБ), используя для этого измерительные базы, расположенные в азимутальной и угломестной плоскостях соответственно.

Однако при этом не используется измерительные базы, расположенные в гипотенузной плоскости, что не позволяет определить местоположение АРБ.

Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей системы путем формирования измерительных баз косвенным методом, точного и однозначного определения местоположения аварийных радиобуев, размещенных на судах и самолетах, потерпевших аварию.

Поставленная задача решается тем, что спутниковая система для определения судов и самолетов, потерпевших аварию, содержащая, в соответствии с ближайшим аналогом, на судах и самолетах аварийные радиобуи, на искусственных спутниках Земли последовательно включенные второе приемное устройство со второй антенной, первое запоминающее устройство и передатчик с антенной, второй вход которого соединен с выходом первого приемного устройства с первой антенной, третий вход - с выходом второго приемного устройства, последовательно включенные третье приемное устройство с третьей, четвертой и пятой антеннами и второе запоминающее устройство, выход которого соединен с четвертым входом передатчика, пятый вход которого соединен с выходом третьего приемного устройства, причем первая и вторая антенны подключены также и к третьему приемному устройству, на пунктах приема информации последовательно включенные приемное устройство с антенной, первое устройство обработки информации, устройство сопряжения с сетями связи, второй вход которого через второе устройство обработки информации соединен с выходом приемного устройства, устройство контроля и управления и устройство связи поисково-спасательных организаций, третье приемное устройство содержит измерительный и четыре пеленгационных каналов, при этом измерительный канал состоит из последовательно включенных первой антенны, первого смесителя, второй вход которого через первый гетеродин соединен с выходом блока поиска, первого усилителя первой промежуточной частоты, удвоителя фазы, второго измерителя ширины спектра, блока сравнения, второй вход которого через первый измеритель ширины спектра соединен с выходом первого усилителя первой промежуточной частоты, порогового блока, второй вход которого через линию задержки соединен с его выходом, ключа, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя первой промежуточной частоты, второго смесителя, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, усилителя второй промежуточной частоты, первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, узкополосного фильтра, второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, фильтра нижних частот и первого сумматора, выход которого является выходом третьего приемного устройства, при этом управляющий вход блока поиска соединен с выходом порогового блока, каждый пеленгационный канал состоит из последовательно включенных антенны, смесителя, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, усилителя первой промежуточной частоты, перемножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, и узкополосного фильтра, отличается от ближайшего аналога тем, что третье приемное устройство снабжено шестью фазометрами, тремя вычитателями, вторым, третьим и четвертым сумматорами, причем к выходу узкополосного фильтра первого пеленгационного канала последовательно подключены первый фазометр и первый вычитатель, второй вход которого через второй фазометр соединен с выходом узкополосного фильтра второго пеленгационного канала, а выход подключен ко второму входу первого сумматора, третий вход которого через второй сумматор соединен с выходами первого и второго фазометров, к выходу узкополосного фильтра третьего пеленгационного канала последовательно подключены третий фазометр и второй вычитатель, второй вход которого через четвертый фазометр соединен с выходом узкополосного фильтра четвертого пеленгационного канала, а выход подключен к четвертому входу первого сумматора, пятый вход которого через третий сумматор соединен с выходами третьего и четвертого фазометров, вторые вход первого, второго, третьего и четвертого фазометров соединены с выходами второго гетеродина, к выходу усилителя первой промежуточной частоты первого пеленгационного канала последовательно подключены пятый фазометр, второй вход которого соединен с выходом усилителя первой промежуточной частоты третьего пеленгационного канала, и третий вычитатель, второй вход которого через шестой фазометр соединен с выходами усилителя первой промежуточной частоты второго и четвертого пеленгационных каналов, а выход подключен к шестому входу первого сумматора, седьмой вход которого через четвертый сумматор соединен с выходами пятого и шестого фазометров, приемные антенны измерительного и пеленгационных каналов размещены в виде прямоугольного треугольника, в вершине прямого угла которого помещена приемная антенна измерительного канала, общая для приемных антенн пеленгационных каналов.

Структурная схема спутниковой системы для определения местоположения судов и самолетов, потерпевших аварию, представлена на фиг. 1. Структурная схема третьего бортового приемного устройства изображена на фиг. 2. Взаимное расположение бортовых приемных антенн показано на фиг. 3. Временные диаграммы, поясняющие принцип работы демодулятора сложных сигналов с фазовой манипуляцией, изображены на фиг. 4.

Система содержит первый 1 и второй 2 аварийные радиобуи (АРБ), искусственный спутник Земли (ИСЗ) 3 и пункт 16 приема информации.

На ИСЗ 3 установлены последовательно включенные вторая антенна 5, второе приемное устройство 10, первое запоминающее устройство 12 и передатчик 14 с антенной 15, второй вход которого соединен с выходом первого приемного устройства 9 с первой приемной антенной 4, а третий вход - с выходом приемного устройства 10. К антеннам 4-8 последовательно подключены третье приемное устройство 11 и второе запоминающее устройство 13, выход которого соединен с четвертым входом передатчика 14, пятый вход которого соединен с выходом третьего приемного устройства 11.

Пункт 16 приема информации содержит последовательно включенные приемную антенну 17, приемное устройство 18, первое устройство 19 обработки информации, устройство 21 сопряжения с сетями связи, второй вход которого через второе устройство 20 обработки информации соединен с выходом приемного устройства 18, устройство 22 контроля и управления и устройство 23 связи поисково-спасательных организаций.

Третье приемное устройство 11 содержит измерительный и четыре пеленгационных канала.

Измерительный канал содержит последовательно включенные приемную антенну 4, первый смеситель 24, второй вход которого через первый гетеродин 30 соединен с выходом блока 29 поиска, усилитель 31 первой промежуточной частоты, удвоитель 37 фазы, второй измеритель 39 ширины спектра, блок 40 сравнения, второй вход которого через первый измеритель 38 ширины спектра соединен с выходом усилителя 31 первой промежуточной частоты, пороговый блок 41, второй вход которого через линию задержки 42 соединен с его выходом, ключ 43, второй вход которого соединен с выходом усилителя 31 первой промежуточной частоты, второй смеситель 45, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 44, усилитель 46 второй промежуточной частоты, первый перемножитель 48, второй вход которого соединен с выходом фильтра 51 нижних частот, узкополосный фильтр 50, второй перемножитель 49, второй вход которого соединен с выходом усилителя 46 второй промежуточной частоты, фильтр 51 нижних частот и первый сумматор 64, выход которого является выходом третьего приемного устройства. При этом управляющий вход блока 29 поиска соединен с выходом порогового блока 41.

Удвоитель 37 фазы, измерители 38 и 39 ширины спектра, блок 40 сравнения, пороговый блок 41, линия задержки 42 и ключ 43 образуют блок 36 обнаружения фазоманипулированного сигнала.

Перемножители 48 и 49, узкополосный фильтр 50 и фильтр 51 нижних частот образуют демодулятор 47 фазоманипулированного сигнала.

Каждый пеленгационный канал состоит из последовательно включенных приемной антенны 5 (6, 7, 8), смесителя 25 (26, 27, 28), второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 30, усилителя 32 (33, 34, 35) первой промежуточной частоты, перемножителя (52 (53, 54, 55), второй вход которого соединен с выходом усилителя 46 второй промежуточной частоты, узкополосного фильтра 56 (57, 58, 59) и фазометра 60 (61, 62, 63). К выходу усилителя 32 первой промежуточной частоты первого пеленгационного канала подключен фазометр 65, второй вход которого соединен с выходом усилителя 34 промежуточной частоты третьего пеленгационного канала. К выходу усилителя 33 первой промежуточной частоты второго пеленгационного канала подключен фазометр 66, второй вход которого соединен с выходом усилителя 35 промежуточной частоты четвертого пеленгационного канала. Выходы фазометров 60 и 61 через первый вычитатель 67 и второй сумматор 70 подключены к второму и третьему входам первого сумматора 64. Выходы фазометров 62 и 63 через второй вычитатель 68 и третий сумматор 71 подключены к четвертому и пятому входам первого сумматора 64. Выходы фазометров 65 и 66 через третий вычитатель 69 и четвертый сумматор 72 подключены к шестому и седьмому входам первого сумматора 64.

Система работает следующим образом.

В состав системы (нормальная конфигурация) входят четыре спутника, два из которых представляются и поддерживаются стороной КОСПАС и два - стороной САРСАТ. В настоящее время имеются три типа АРБ: авиационные, морские и переносные (для использования на суше), которые излучают сигналы, обнаруживаемые и принимаемые спутниками системы КОСПАС-САРСАТ с целью последующей ретрансляции на наземные станции - пункты приема информации (ППИ) для обработки и определения местоположения аварийных радиобуев (АРБ). Зона обслуживания системы КОСПАС-САРСАТ в режиме реального масштаба времени определяется количеством и географическим расположением ППИ. Каждый ППИ обслуживает район с радиусом примерно 2500 км. В систему КОСПАС-САРСАТ входят 15 ППИ, дислоцированных в семи странах. В России ППИ расположены в Москве, Архангельске, Владивостоке и Новосибирске.

Сообщения о бедствии и координаты аварийного объекта передаются через центр управления системы (ЦУС) либо национальный спасательно-координационный центр, либо в другой ЦУС или соответствующую поисково-спасательную службу с целью развертывания поисково-спасательной операции.

В составе системы КОСПАС-САРСАТ в настоящее время используются АРБ 1, работающие на частоте 121,5 МГц - международная авиационная аварийная частота - и в диапазоне частот 406-406,1 МГц, где используются АРБ 2, технически более сложные, чем АРБ 1.

Важной особенностью нового поколения АРБ является включение в состав его излучения цифрового сообщения, которое несет информацию о принадлежности АРБ (страна), идентификационном номере судна или самолета и виде бедствия.

Для обнаружения сигналов АРБ и определения их местоположения используются два режима работы: режим приема и передачи информации в реальном масштабе времени и режим приема с запоминанием информации на борту ИСЗ и ее последующей передачи на пункт приема информации при нахождении ИСЗ в зоне радиовидимости ППИ. АРБ 1 могут использоваться только в режиме непосредственной передачи, в то время как АРБ 2 могут использоваться в обоих режимах работы.

Частота настройки приемного устройства 9 равна 121,5 МГц, частота настройки приемных устройств 10 и 11 находится в диапазоне 406-406,1 МГц. Приемное устройство 10 выполняет следующие функции:

- демодуляцию цифровых сообщений, принятых от АРБ 2;

- измерение частоты принятого сигнала;

- привязку меток времени к проведенным измерениям.

Приемное устройство 11 выполняет следующие функции:

- обнаружение и селекцию фазоманипулированных (ФМн) сигналов в заданном диапазоне частот;

- синхронное детектирование ФМн сигналов;

- точное и однозначное определение местоположения АРБ 2 фазовым методом;

- привязку результатов проведенных измерений к меткам времени.

Просмотр заданного диапазона частот Df и поиск ФМн сигналов АРБ 2 осуществляется с помощью блока поиска 29, который периодически с периодом Тu по пилообразному закону изменяет частоту ωг1 гетеродина 30. В качестве блока поиска 29 может быть использован генератор пилообразного напряжения.

Принимаемые ФМн сигналы

u1(t)=U1⋅cos[(ωc±Δω)t+ϕk(t)+ϕ1],

u2(t)=U2⋅cos[(ωc±Δω)t+ϕk(t)+ϕ2],

u3(t)=U3⋅cos[(ωc±Δω)t+ϕk(t)+ϕ3],

u4(t)=U4⋅cos[(ωc±Δω)t+ϕk(t)+ϕ4],

u5(t)=U5⋅cos[(ωc±Δω)t+ϕk(t)+ϕ5], 0≤t≤Tc,

где U1-U5, ωc, ϕ15, Tc - амплитуды, несущая частота, начальные фазы и длительность сигналов;

±Δω - нестабильность несущей частоты, обусловленная различными дестабилизирующими факторами, в том числе и эффектом Доплера;

ϕk(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t), причем ϕk(t)=const при kτэ<t<(k+1) и может изменяться скачком при t=kτэ, т.е. на границах между элементарными посылками (k=1,2…, N-1) (фиг. 4, а);

τэ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Тcc=Nτэ),

с выходов антенн 4-8 поступают на первые входы смесителей 24-28, на вторые входы которых подается напряжение гетеродина 30 линейно изменяющейся частоты:

uг1(t)=Uг1cos(ωг1t+πγt2г1), 0≤t≤Тп,

где - скорость изменения частоты гетеродина (скорость перестройки); Тп - период перестройки.

uпр1(t)=Uпр1 ⋅cos[(ωпр1±Δω)t+ϕk(t)-πγt2пр1],

uпр2(t)=Uпр2⋅cos[(ωпр1±Δω)t+ϕk(t)-πγt2пр2],

uпр3(t)=Uпр3⋅cos[(ωпр1±Δω)t+ϕk(t)-πγt2пр3]

uпр4(t)=Uпр4⋅cos[(ωпр1±Δω)t+ϕk(t)-πγt2пр4],

uпр5(t)=Uпр5⋅cos[(ωпр1±Δω)t+ϕk(t)-πγt2пр5], 0≤t≤Тс,

где ;

;

;

;

;

ωпр1сг1 - первая промежуточная частота;

ϕпр11г1; ϕпр22г1; ϕпр33г1;

ϕпр44г1; ϕпр55г1,

которые представляют собой сложные сигналы с комбинированной фазовой манипуляцией и линейной частотной модуляцией (ФМн-ЛЧМ) на промежуточной частоте.

Напряжение uпр1(t)-uпр5(t) поступают на первые входы перемножителей 52-55.

Напряжение uпр1(t) с выхода усилителя 31 первой промежуточной частоты поступает на вход обнаружителя 36, состоящего из удвоителя 37 фазы, первого 38 и второго 39 измерителей ширины спектра, блока 40 сравнения, порогового блока 41, линии задержки 42 и ключа 43.

На выходе удвоителя 37 фазы, в качестве которого может быть использован перемножитель, на два входа которого поступает один и тот же сигнал, образуется напряжение

u6(t)=U6⋅cos[2(ωпр1±Δω)t-2πγt2+2ϕпр1],

где .

Так как 2ϕk(t)={0, 2π}, то в указанном напряжении манипуляция фазы уже отсутствует.

Ширина спектра Δf2 второй гармоники сигнала определяется длительностью Тс сигнала , тогда как ширина спектра Δfc ФМн сигнала определяется длительностью τэ его элементарных посылок (Δfc=1/τэ), т.е. ширина спектра второй гармоники сигнала в N раз меньше ширины спектра входного сигнала:

Δƒс/Δƒ2=N.

Следовательно, при удвоении фазы ФМн сигнала его спектр сворачивается в N раз. Это обстоятельство и позволяет обнаружить ФМн сигнал путем фильтрации в узкой полосе частот даже тогда, когда его мощность на входе приемного устройства 11 меньше мощности шумов. Ширина спектра Δfc входного ФМн сигнала измеряется с помощью измерителя 38, а ширина спектра Δf2 второй его гармоники измеряется с помощью измерителя 39. Напряжения UI и UII, пропорциональные Δfc и Δf2, с выходов измерителей 38 и 39 ширины спектра сигналов поступают на два входа блока 40 сравнения. Так как UI>>UII, то на выходе блока 40 сравнения образуется постоянное напряжение, которое превышает пороговый уровень Uпор в пороговом блоке 41. Последний выбирается таким, чтобы его не превышали случайные помехи. Пороговое напряжение Uпор превышается только при обнаружении ФМн сигнала АРБ 2. При превышении порогового уровня Uпор в пороговом блоке 41 формируется постоянное напряжение, которое поступает на вход линии задержки 42, на управляющий вход ключа 43, открывая его, и на управляющий вход блока 29 поиска, переводя его в режим остановки. В исходном состоянии ключ 43 всегда закрыт. С этого момента времени просмотр заданного частотного диапазона Df и поиска ФМн сигналов прекращаются на время обработки обнаруженного сигнала, которое определяется временем задержки линии 42 задержки.

При прекращении перестройки гетеродина 30 усилителями 31-35 первой промежуточной частоты выделяются следующие напряжения:

uпр6(t)=Uпр1⋅cos[(ωпр1±Δω)t+ϕk(t)+ϕпр1],

uпр7(t)=Uпр2⋅cos[(ωпр1±Δω)t+ϕk(t)+ϕпр2],

uпр8(t)=Uпр3⋅cos[(ωпр1±Δω)t+ϕk(t)+ϕпр3],

uпр9(t)=Uпр4⋅cos[(ωпр1±Δω)t+ϕk(t)+ϕпр3]],

uпр10(t)=Uпр5⋅cos[(ωпр1±Δω)t+ϕk(t)+ϕпр5], 0≤t≤Tc.

Напряжение uпр6(t) с выхода усилителя 31 первой промежуточной частоты через открытый ключ 43 поступает на первый вход второго смесителя 45, на второй вход которого подается напряжение второго гетеродина 44

uг2(t)=Uг2cos(ωг2t+ϕг2)

со стабильной частотой ωг2.

На выходе смесителя 45 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 46 выделяется напряжение второй промежуточной частоты

uпр11(t)=Uпр11cos[(ωпр2±Δω)t+ϕk(t)+ϕпр6]],

где ;

ωпр2пр1г2 - вторая промежуточная частота;

ϕпр6пр1г2.

Это напряжение поступает на вход демодулятора 47 ФМн сигналов, состоящего из первого 48 и второго 49 перемножителей, узкополосного фильтра 50 и фильтра 51 нижних частот.

Напряжение uпр11(t) (фиг. 4, б) с выхода усилителя 46 второй промежуточной частоты поступает на первые входы перемножителей 48 и 49. На второй вход перемножителя 49 с выхода узкополосного фильтра 50 подается опорное напряжение (фиг. 4, в).

u0(t)=U0⋅cos[(ωпр2±Δω)t+ϕпр6], 0≤t≤Tc.

В результате перемножения образуется результирующее напряжение:

uΣ(t)=Uн⋅cosϕkt+Uнcos[2(ωпр2±Δω)t+ϕkt+2ϕпр6],

где .

Аналог модулирующего кода (фиг. 4, г)

uн(t)=Uнcosϕkt, 0≤t≤Тс

выделяется фильтром 51 нижних частот и поступает на первый вход первого сумматора 64 и на второй вход перемножителя 48. На выходе последнего образуется гармоническое напряжение

u0(t)=U0⋅cos[(ωпр2±Δω)t+ϕпр6], 0≤t≤Тс,

где ,

которое выделяется узкополосным фильтром 50 и поступает на второй вход перемножителя 49.

Следовательно, демодулятор 47 ФМн сигналов обеспечивает выделение опорного напряжения непосредственно из самого принимаемого ФМн сигнала и свободен от явления «обратной работы», присущей известным демодуляторам (схема Пистолькорса А.А., Сидорова В.И., Костаса Д.Ф. и Травина Г.А.).

Напряжение uпр11(t) с выхода усилителя 46 второй промежуточной частоты одновременно подается на вторые входы перемножителей 52-55 пеленгационных каналов. На выходах перемножителей 52-55 образуются следующие гармонические напряжения:

u7(t)=U7⋅cos(ωг2t+ϕг2+Δϕ1),

u8(t)=U8⋅cos(ωг2t+ϕг2+Δϕ2),

u9(t)=U9⋅cos(ωг2t+ϕг2+Δϕ3),

u10(t)=U10⋅cos(ωг2t+ϕг2+Δϕ4), 0≤t≤Тс,

где ;

;

;

;

;

;

;

.

Указанные гармонические напряжения u7(t)-u10(t) выделяются узкополосными фильтрами 56-59 и поступают на первые входы фазометров 60-63 соответственно. На вторые входы фазометров 60-63 подается напряжение uг2(t) второго гетеродина 44. Фазометры 60-63 измеряют фазовые сдвиги Δϕ1, Δϕ2, Δϕ3 и Δϕ4.

Напряжения u7(t) и u9(t), u8(t) и U10(t) подаются на два входа фазометров 65 и 66 соответственно, которые измеряют фазовые сдвиги

,

.

Измеренные фазовые сдвиги Δϕ1 и Δϕ2, Δϕ3 и Δϕ4, Δϕ5 и Δϕ6 с выходов фазометров 60 и 61, 62 и 63, 65 и 66 поступают на два входа вычитателей 67, 68, 69 и сумматоров 70, 71, 72 соответственно.

На выходе указанных вычитателей формируются разности разностей фаз

Δϕр1=Δϕ2-Δϕ1,

Δϕр2=Δϕ4-Δϕ3,

Δϕр3=Δϕ6-Δϕ5,

эквивалентные измерению фазовых сдвигов на измерительных базах, длина которых определяется разностью измерительных баз

d5=d2-d1,

d6=d4-d3,

d11=d10-d9.

Таким образом, выбирая разности измерительных баз d5, d6, d11 достаточно малыми, можно обеспечить формирование грубых, но однозначных шкал отсчета азимута α, угла места β и угла ориентации γ АРБ.

На выходе сумматоров 70, 71, 72 образуются суммы разностей фаз

Δϕс1=Δϕ1+Δϕ2,

Δϕс2=Δϕ3+Δϕ4,

Δϕс3=Δϕ5+Δϕ6,

эквивалентные измерению фазовых сдвигов на измерительных базах, длина которых определяется суммой измерительных баз:

d7=d1+d2,

d8=d3+d4,

d12=d9+d10.

Так формируются точные, но неоднозначные шкалы отсчета азимута α, угла места β и угла ориентации γ АРБ.

В результате между сформированными косвенным методом и измерительными базами устанавливаются следующие неравенства:

, , .

Итак, при использовании особого расположения антенн и формировании измерительных баз косвенным методом после измерения вышеуказанным способ одновременно с высокой точностью и при условии однозначным - азимута α, угла места β и угла ориентации γ - можно определить местоположение АРБ судна или самолета, потерпевшего аварию, за один прилет летательного аппарата.

Время задержки τ3 линии задержки 42 выбирается таким, чтобы можно было произвести обработку и анализ обнаруженного ФМн сигнала. По истечении этого времени напряжение с выхода линии задержки 42 поступает на вход сброса порогового блока 41 и сбрасывает его в начальное (нулевое) состояние. При этом блок 29 поиска переводится в режим перестройки, а ключ 43 закрывается, т.е. переводится в исходное состояние. В случае обнаружения следующего ФМн сигнала на другой несущей частоте, излучаемого аварийным радиобуем другого объекта, потерпевшего аварию, система работает аналогичным образом.

Вся полученная на борту ИСЗ 3 информация от аварийных радиобуев включается в состав формата цифрового сообщения, передаваемого на ППИ 16. Сформированное цифровое сообщение передается со скоростью 2400 бит/с в реальном масштабе времени после предварительной обработки и одновременно записывается в запоминающие устройства 12 и 13. Передача информации из ЗУ 12 и 13 производится в том же формате и с той же скоростью, что и в реальном масштабе времени, в результате чего ППИ 16 принимает хранящиеся в бортовых ЗУ 12 и 13 сообщения АРБ 2, накопленные за время полного витка спутника вокруг Земли.

Если в момент передачи информации из ЗУ 12 и 13 на вход приемных устройств 10 или 11 спутника поступает сигнал от АРБ 2, то передача прерывается для обработки сигнала, информация о котором после обработки включается в формат сообщения для передачи ППИ 16.

В сообщение включается соответствующее число в двоичном виде, показывающее вид режима передачи: реальный масштаб времени или из запоминающих устройств, кроме того, идентифицируется время передачи последнего сообщения из запоминающих устройств.

На вход бортового передатчика 14 подается информация от приемных устройств 9, 10Ю 11 и ЗУ 12 и 13. Мощность излучения передатчика 14 может регулироваться с наземного комплекса управления системой. В передатчике 14 также используется фазовая манипуляция несущей частоты композиционным кодом в каскадах ее формирования, затем колебание переводится на частоту 1544,5 МГц, усиливается до необходимого уровня и излучается антенной 15 в направлении ППИ 16.

На ППИ 16 принятый сигнал с выхода приемного устройства 18 поступает на вход устройств 19 и 20 обработки информации. Причем устройство 19 обеспечивает обработку информации, поступающей на АРБ 1, а устройство 20 обеспечивает обработку информации, поступающей от АРБ 2. Обработанная информация сопрягается с сети связи, по которым необходимая информация доводится до поисково-спасательных организаций.

В качестве тревожных сигналов используются сложные сигналы с фазовой манипуляцией.

С точки зрения обнаружения сложные ФМн сигналы обладают 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 мощностью. Вследствие этого сложный ФМн сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами и помехами. Причем энергия сложного ФМн сигнала отнюдь не мала, она просто распределена по частотно-временной области так, что в каждой точке этой области мощность сигнала меньше мощности шумов и помех.

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

Кроме того, сложные ФМн сигналы 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 разделение рабочих частот используемого диапазона между работающими аварийными радиобуями и селекции их на борту ИСЗ с помощью частотных фильтров. Его можно заменить новым методом, основанным на одновременной работе каждым АРБ во всем диапазоне частот Df сигналами с фазовой манипуляцией с выделением приемными устройствами 10 и 11 сигнала необходимого АРБ посредством его структурной селекции.

Предлагаемая система инвариантна к виду модуляции и нестабильности несущей частоты, так как пеленгация аварийных радиобуев осуществляется на стабильной частоте ωг2 второго гетеродина 44. Поэтому указанные факторы не оказывают влияния на фазовые измерения.

Таким образом, предлагаемая система по сравнению с базовым объектом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает формирование измерительных баз косвенным методом, точное и однозначное определение местоположения аварийных радиобуев, размещенных на судах и самолетах, потерпевших аварию.

Предлагаемый принцип определения местоположения АРБ с борта спутников данной системы отражает новый подход к фазовой пеленгации источников радиоизлучения (ИРИ). Он базируется на том, что приемные антенны должны располагаться в виде прямоугольного треугольника, в вершине прямого угла которого размещается приемная антенна 4 измерительного канала. Фазовый пеленгатор с таким расположением антенн инвариантен к виду модуляции (манипуляции) и нестабильности несущей частоты принимаемых сигналов. Классическое расположение антенн и измерительных баз в виде симметричного креста не обеспечивает этого качества. Кроме того, формирование измерительных баз косвенным методом обеспечивает точную и однозначную пеленгацию ИРИ даже в тех случаях, когда из-за конструктивных ограничений это сделать невозможно, например, на борту летательного аппарата.

Предложенный подход к фазовой пеленгации ИРИ может найти широкое применение на практике. Возможность реализации предлагаемой схемы исследовалась в рамках научно-технического проекта «Региональная информационно-коммуникационная система «Петерспутник».

Тем самым функциональные возможности системы расширены.

Спутниковая система для определения местоположения судов и самолетов, потерпевших аварию, содержащая на судах и самолетах аварийные радиобуи, на искусственных спутниках Земли последовательно включенные второе приемное устройство со второй антенной, первое запоминающее устройств и передатчик с антенной, второй вход которого соединен с выходом первого приемного устройства с первой антенной, третий вход - с выходом второго приемного устройства, последовательно включенные третье приемное устройство с третьей, четвертой и пятой антеннами и второе запоминающее устройство, выход которого соединен с четвертым входом передатчика, пятый вход которого соединен с выходом третьего приемного устройства, причем первая и вторая антенны подключены также и к третьему приемному устройству, на пунктах приема информации последовательно включенные приемное устройство с антенной, первое устройство обработки информации, устройство сопряжения с сетями связи, второй вход которого через второе устройство обработки информации соединен с выходом приемного устройства, устройство контроля и управления и устройство связи поисково-спасательных организаций, третье приемное устройство содержит измерительный и четыре пеленгационных каналов, при этом измерительный канал состоит из последовательно включенных первой антенны, первого смесителя, второй вход которого через первый гетеродин соединен с выходом блока поиска, первого усилителя первой промежуточной частоты, удвоителя фазы, второго измерителя ширины спектра, блока сравнения, второй вход которого через первый измеритель ширины спектра соединен с выходом первого усилителя первой промежуточной частоты, порогового блока, второй вход которого через линию задержки соединен с его выходом, ключа, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя первой промежуточной частоты, второго смесителя, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, усилителя второй промежуточной частоты, первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, узкополосного фильтра, второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, фильтра нижних частот и первого сумматора, выход которого является выходом третьего приемного устройства, при этом управляющий вход блока поиска соединен с выходом порогового блока, каждый пеленгационный канал состоит из последовательно включенных антенны, смесителя, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, усилителя первой промежуточной, перемножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, и узкополосного фильтра, отличающаяся тем, что третье приемное устройство снабжено шестью фазометрами, тремя вычитателями, вторым, третьим и четвертым сумматорами, причем к выходу узкополосного фильтра первого пеленгационного канала последовательно подключены первый фазометр и первый вычитатель, второй вход которого через второй фазометр соединен с выходом узкополосного фильтра второго пеленгационного канала, а выход подключен ко второму входу первого сумматора, третий вход которого через второй сумматор соединен с выходами первого и второго фазометров, к выходу узкополосного фильтра третьего пеленгационного канала последовательно подключены третий фазометр и второй вычитатель, второй вход которого через четвертый фазометр соединен с выходом узкополосного фильтра четвертого пеленгационного канала, а выход подключен к четвертому входу первого сумматора, пятый вход которого через третий сумматор соединен с выходами третьего и четвертого фазометров, вторые входы первого, второго, третьего и четвертого фазометров соединены с выходом второго гетеродина, к выходу усилителя первой промежуточной частоты первого пеленгационного канала последовательно подключены пятый фазометр, второй вход которого соединен с выходом усилителя первой промежуточной частоты третьего пеленгационного канала, и третий вычитатель, второй вход которого через шестой фазометр соединен с выходами усилителей первой промежуточной частоты второго и четвертого пеленгационных каналов, а выход подключен к шестому входу первого сумматора, седьмой вход которого через четвертый сумматор соединен с выходами пятого и шестого фазометров, приемные антенны измерительного и пеленгационных каналов размещены в виде прямоугольного треугольника, в вершине прямого угла которого помещена приемная антенна измерительного канала, общая для приемных антенн пеленгационных каналов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах обнаружения и пеленгования сигналов источников радиоизлучения. Достигаемый технический результат - повышение точности пеленгования в условиях априорной неопределенности относительно поляризационных и пространственных параметров радиосигналов, шумов и помех, когда налагаются ограничения на габаритные размеры пеленгаторной антенной системы.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах радиолокации, навигации, связи для определения местоположения излучателей и синхронизации.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в наземных и авиационных радиотехнических системах для всеракурсного определения направления на источники радиоизлучений.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах радиомониторинга при решении задачи скрытого определения координат источников радиоизлучений (ИРИ), в частности для определения координат ИРИ с борта летательного аппарата (ЛА).

Изобретение относится к технике связи и может использоваться для определения пространственных координат (ПК) источника радиоизлучения (ИР), находящегося на стационарном или подвижном объекте.

Изобретение относится к области радиотехнических систем определения угловых координат источника сигнала. Достигаемый результат - повышение точности пеленгования источника радиоизлучения широкополосного сигнала при сохранении единственности измерения сигналов на выходах пеленгационных каналов.

Изобретение относится к области систем для контроля за возникновением опасных условий, связанных с утечками газа, которые способны определять местонахождение носимых датчиков содержания газа в пределах контролируемой зоны.

Изобретение относится к области радиотехнической разведки. Достигаемый технический результат - оперативная оценка наличия и характера траектории полета воздушного объекта.

Изобретение относится к системам определения местоположения. Технический результат заключается в усовершенствовании способа определения местоположения в закрытых помещениях.

Изобретения относятся к радиотехнике и могут быть использованы для определения координат источников радиоизлучений в ультракоротковолновом (УКВ) и сверхвысокочастотном (СВЧ) диапазонах радиоволн, использующих узкополосные сигналы.

Изобретение относится к области локационной техники и может быть использовано в системах поиска и обнаружения объектов. Достигаемый технический результат – увеличение точности определения дальности импульсных излучателей. Указанный результат достигается в устройстве обнаружения импульсных излучателей за счет использования второго постоянного запоминающего устройства, при этом группа выходов блока определения временного интервала соединена с первой группой входов второго постоянного запоминающего устройства, вторая группа входов и группа выходов которого соединены с датчиком базового расстояния между приемниками и с второй группой входов вычислителя, кроме того, блок определения временного интервалов содержит счетчик, линию задержки на установку счетчика, блок последовательно соединенных интегральных линий задержек, элемент ИЛИ, блок параллельных элементов совпадения, причем вход элемента ИЛИ является первым входом блока определения временного интервала, первые входы элементов совпадения и вход линии задержки на установку счетчика является вторым входом блока определения временных интервалов, выход элемента ИЛИ соединен с первым входом счетчика, второй вход которого соединен с линией задержки на установку счетчика, и входом блока соединен с вторым входом элемента ИЛИ, а группа выходов соединена с группой входов блока параллельных элементов совпадения, группа выходов которого, а также группа выходов счетчика являются группой выходов блока определения временного интервала. 3 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах радиопеленгации. Достигаемый технический результат – пространственное разрешение сигналов при уменьшении их уровней за счет уменьшения собственных шумов в каналах системы пеленгации. Указанный результат достигается тем, что устройство для определения направлений на источники радиоизлучений состоит из антенной решетки, имеющей К антенных элементов, коммутатора, контроллера, генератора, блока вычисления ковариационной матрицы, блока определения ковариационной матрицы с коррекцией шумовой составляющей, блока вычисления пространственного спектра, блока оценки направления на источники радиоизлучения и К каналов пеленгования, каждый из которых состоит из малошумящего усилителя, перемножителя, усилителя промежуточной частоты, аналого-цифрового преобразователя. Перечисленные средства определенным образом соединены между собой. 3 ил., 1 табл.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к методам и системам пассивной радиолокации, и предназначено для получения точных оценок местоположения заходящего на посадку летательного аппарата по излучаемому с его борта радиосигналу, и представляет собой комплекс радиоэлектронных средств, который содержит не менее двух узкобазовых подсистем, соединенных высокоскоростными линиями передачи информации с центральным пунктом обработки. Достигаемый технический результат – повышение точности оценки вектора координат, описывающего местоположение источника радиоизлучения. Указанный результат достигается за счет того, что узкобазовая подсистема оснащена активной фазированной многокольцевой антенной решеткой и осуществляет прием радиосигналов, их синхронную демодуляцию многоканальным квадратурным приемником и преобразование в цифровую форму посредством многоканального аналого-цифрового преобразователя, при этом центральный пункт обработки производит оценку местоположения источника излучения на основе совместной обработки всех принятых сигналов с использованием комбинированного одноэтапного алгоритма, состоящего в формировании решающей функции на основе метода максимального правдоподобия и ее последующей оптимизации и исключающего выполнение промежуточных вычислений временных и фазовых задержек и углов пеленга. 3 н.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области радиолокации и предназначено для определения местоположения работающей радиолокационной станции (РЛС), имеющей сканирующую направленную антенну. Достигаемый технический результат – расширение функциональных возможностей путем обеспечения определения направления на сканирующую РЛС и дальности до нее, при одновременном повышении достоверности результатов измерений. Указанный результат достигается за счет определения местоположения сканирующей РЛС пассивным многолучевым, по меньшей мере трехлучевым, пеленгатором, при котором измеряют период вращения антенны РЛС, определяют угол поворота антенны РЛС относительно направления на пеленгатор, при этом в каждом цикле зондирования при данном угле поворота антенны РЛС измеряют временные задержки Δτ21, Δτ31 сигналов, рассеянных отражающей поверхностью не менее, чем в двух лучах пеленгатора, при этом соответственно Δτ21 - задержка сигнала, принятого по второму лучу, относительно сигнала, принятого по первому лучу, Δτ31 - задержка сигнала, принятого по третьему лучу, относительно сигнала, принятого по первому лучу, затем на основании проведенных измерений расстояние RK от пеленгатора до цели, а также угол между направлением на РЛС и направлением первого луча пеленгатора вычисляют по соответствующим формулам. 5 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, а именно к пассивным системам радиоконтроля, и, в частности, может быть использовано для высокоточного определения с помощью летательных аппаратов координат источников радиоизлучений (ИРИ), излучающих непрерывные или квазинепрерывные сигналы. Достигаемый технический результат - снижение аппаратурных затрат при реализации способа на базе изделий функциональной электроники, а при реализации способа на базе аппаратных средств цифровой обработки сигналов - повышение быстродействия за счет уменьшения количества арифметических операций. Указанный результат достигается за счет того, что способ определения координат ИРИ заключается в приеме сигналов ИРИ на трех летательных аппаратах, их ретрансляции на центральный пункт обработки и вычислении координат ИРИ по разностям радиальных скоростей, при этом дополнительно находятся доплеровские сдвиги частоты как аргумент максимизации амплитудного спектра произведения сигнала с одного ретранслятора на сигнал с другого ретранслятора, подвергнутый комплексному сопряжению и сдвигу на временную задержку, которая определяется как аргумент максимизации модуля функции взаимной корреляции преобразованных сигналов, полученных путем перемножения исходных сигналов на эти же сигналы, подвергнутые комплексному сопряжению и временному сдвигу на интервал T, превышающий величину, обратно пропорциональную удвоенной ширине спектра сигнала.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в пассивных системах местоопределения (МО) источников радиоизлучения (ИРИ), размещенных на неровных участках местности. Достигаемый технический результат – снижение погрешности определения координат ИРИ. Сущность изобретения заключается в расположении четырех приемных пунктов (ПП), размещенных на беспилотных летательных аппаратах (БЛА) типа "мультикоптер" в районе предполагаемого нахождения ИРИ. В указанный район ПП доставляются посредством беспилотного или пилотируемого летательного аппарата среднего класса. В состав каждого ПП входят блок навигационно-временного обеспечения, ненаправленная антенна, панорамный приемник, приемопередатчик. В районе предполагаемого нахождения ИРИ приемные пункты распределяют в пространстве по команде с наземного пункта управления и обработки (НПУО), формируя, таким образом, разностно-дальномерную систему (РДС) МО. Приемные пункты располагают в вершинах тетраэдра: периферийные ПП в вершинах его нижнего основания, а опорный в вершине над основанием. В образованной РДС по сигналам блоков навигационно-временного обеспечения каждого ПП осуществляется определение их координат в пространстве, высокоточная привязка к собственной системе координат РДС и передача координатной информации о периферийных ПП на опорный. По команде с него все ПП выполняют поиск сигнала ИРИ в заданном частотном диапазоне и при обнаружении сигнала ретранслируют его на опорный. Прием и ретрансляция сигнала ИРИ приемными пунктами осуществляются их панорамными приемниками и приемопередатчиками соответственно. На опорном ПП на основе вычисления корреляции между сигналом, принятым на нем, и сигналами, ретранслированными с периферийных ПП, вычисляются и отправляются на НПУО координаты обнаруженного ИРИ. На НПУО оценивается значение погрешности полученных координат и в случае превышения требуемого значения, установленного оператором, осуществляется пересчет собственных координат всех ПП для их перестроения. Такое перестроение ПП относительно ИРИ выполняется до тех пор, пока погрешность определения его координат не установится ниже требуемого значения. 8 ил.

Изобретение относится к радиотехнике и предназначено для повышения точности определения местоположения мобильных средств по сигналам опорных станций наземной локальной радионавигационной системы (ЛРНС). Достигаемый технический результат – повышение точности определения местоположения мобильного средства (МС). Указанный результат достигается за счет того, что способ пространственной селекции расстояний при решении задачи позиционирования МС дальномерным методом в наземной ЛРНС включает измерение расстояний ri (i=1, 2, …, n) от МС с неизвестными координатами до опорных станций ЛРНС с известными координатами Pi, i=1, 2, …, n, фильтрацию измеренных расстояний в медианных фильтрах, вычисление погрешностей между исходными расстояниями и их оценкой после фильтрации с последующей передачей полученных погрешностей в блок управления селекцией для вычисления наибольшей погрешности и формирования команды управления ключом на отключение данной линии, предотвращающее передачу оценок расстояний с наибольшими погрешностями в блок расчета координат МС. 6 ил.

Изобретение относится к пассивной радиолокации и может быть использовано в двух- и многопозиционных измерительных комплексах для определения пространственных координат местоположения источников радиоизлучения (ИРИ). Достигаемый технический результат - определение пространственных координат местоположения ИРИ, наблюдаемого под малыми углами места, с высокой точностью. Указанный результат достигается за счет того, что способ осуществляют на базе пассивного двухпозиционного измерительного комплекса., при этом на двух приемных позициях комплекса измеряют мощности излучения ИРИ и на одной из них - угловые координаты ИРИ для одного момента времени. Далее проводят совместную обработку угловых и энергетических измерений и получают пространственные координаты местоположения ИРИ с учетом влияния подстилающей поверхности на результаты энергетических измерений, причем, если ИРИ находится на большой дальности, то учитывают также и кривизну Земли. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к радионавигации и может использоваться для определения пространственных координат (ПК) объекта - источника радиоизлучения (ИР), находящегося на стационарном или подвижном объекте. Достигаемый технический результат - обеспечение однозначного определения ПК ИР без привлечения дополнительной информации. Указанный результат достигается за счет того, что на объекте синхронизированно формируют и передают радиосигнал в виде двух гармонических колебаний с заданными частотами ƒi и ƒj. При приеме и обработке радиосигналов обеспечивают выполнение заданных в способе условий. На каждой n-той станции синхронизированно принимают передаваемый с объекта радиосигнал. Принятые сигналы передают по соответствующим линиям связи (электрическим, оптическим и др.) в единый центр. В нем осуществляют прием каждого из принятых по линиям связи аналоговых радиосигналов и его преобразование в соответствующий ему цифровой сигнал, содержащий две цифровые составляющие. Для них формируют квадратурные им цифровые компоненты (КЦК). По полученным таким образом цифровым сигналам (ЦС) для различных двух n-тых ЦС формируют КЦК, соответствующие разностям фаз колебаний с одинаковыми частотами ƒi и соответствующие разностям фаз колебаний с одинаковыми частотами ƒj. По сформированным таким образом КЦК и при выполнении заданных в способе условий однозначно определяют относительные дальности до объекта от фазовых центров антенн станций. И по относительным дальностям однозначно определяют пространственные координаты фазового центра антенны объекта.

Изобретение предназначено для определения местоположения аварийных радиобуев, передающих радиосигналы бедствия на частоте 121,5 МГц и в диапазоне частот 406-406,1 МГц. Достигаемый технической результат изобретения - расширение функциональных возможностей системы путем формирования измерительных баз косвенным методом, точного и однозначного определения местоположения аварийных радиобуев, размещенных на судах и самолетах, потерпевших аварию. Указанный результат достигается за счет того, что спутниковая система для определения местоположения судов и самолетов, потерпевших бедствие, содержит два аварийных радиобуя, искусственный спутник Земли, пять приемных антенн, три приемных устройства, два запоминающих устройства, передатчик с антенной, пункт приема информации, содержит также приемное устройство с приемной антенной, два устройства обработки информации, устройство сопряжения с сетями связи, устройство контроля и управления, устройство связи поисково-спасательных организаций, при этом.третье приемное устройство содержит пять приемных антенн, шесть смесителей, пять усилителей первой промежуточной частоты, шесть перемножителей, пять узкополосных фильтров, блок поиска, два гетеродина, обнаружитель фазоманипулированных сигналов, удвоитель фазы, два измерителя ширины спектра, блок сравнения, пороговый блок, линию задержки, ключ, усилитель второй промежуточной частоты, демодулятор ФМн сигналов, фильтр нижних частот, шесть фазометров, три вычитателя, четыре сумматора. 4 ил.

Наверх