Устройство и способ энергосбережения автономного приемопередатчика морского радиогидроакустического буя

Изобретение относится к области функционирования морских радиогидроакустических буев (РГБ), предназначенных для приема/передачи информации о подводной обстановке по гидроакустическому каналу и радиоканалу. РГБ используются в военных целях, а также при исследованиях и мониторинге Мирового океана и других акваторий. Предложено устройство энергосбережения автономного приемопередатчика морского РГБ, содержащее первый и второй микроконтроллеры МК1 И МК2 управления и контроля энергопотребления источника электропитания приемопередатчика, причем МК1 выполнен высокоскоростным со сравнительно большим энергопотреблением и с возможностью снижения тактовой частоты, а МК2 выполнен низкоскоростным с малым энергопотреблением; дополнительно введен акселерометр, при этом источник электропитания последовательно соединен через МК2 с МК1, а акселерометр соединен с МК1. Предложен также способ энергосбережения автономного приемопередатчика морского РГБ. Технический результат заключается в снижении энергетических затрат при работе РГБ. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области функционирования морских радиогидроакустических буев (РГБ), предназначенных для приема/передачи информации о подводной обстановке по гидроакустическому каналу и радиоканалу. РГБ используются в военных целях [1], а также при исследованиях и мониторинге Мирового океана и других акваторий.

РГБ состоит из двух основных модулей: гидроакустического, предназначенного для приема/передачи информации по гидроакустическому каналу, и радиотехнического, предназначенного для приема/передачи информации по радиоканалу. Оба модуля располагаются в едином корпусе. РГБ сбрасывается в воду с самолетов (вертолетов) или выпускается из подводной лодки. После выпуска в воду РГБ всплывает, выпуская в воду гидроакустическую антенну, а в воздушную среду - радиоантенну. Поскольку РГБ принципиально является автономным, существенным фактором является проблема энергопитания устройств РГБ, в том числе энергосбережения.

Задачи энергосбережения являются актуальными практически для всех устройств, в том числе имеющих в своем составе приемо-передающие средства, что характерно для систем радиосвязи. В патенте [2] при связи с несколькими абонентами анализируют скорость передачи и объем информации первому абоненту и на основании этих данных адаптируют скорость передачи информации второму абоненту, обеспечивая энергосбережение. При наличии нескольких абонентов в патенте [3] предлагается анализировать трафик сообщений, уменьшая скорость передачи информации при более свободном трафике.

Наиболее близкими по функциональным и конструктивным характеристикам к предлагаемым способу и устройству являются способ и устройство, представленные в статье [4], которые приняты за прототип.

В статье [4] описываются общие принципы энергосбережения. В случае приемоизлучающего устройства устройство энергосбережения содержит микроконтроллер управления и контроля энергопотребления источника электропитания приемопередатчика, а способ его функционирования заключается в переводе в активный режим приемопередатчика при сеансе связи и переводе в «спящий» режим в паузах между сеансами связи с помощью этого микроконтроллера,

Недостатком такого решения является его малая эффективность применительно к сложным условиям работы РГБ.

Техническим результатом предложенного изобретения является снижение энергетических затрат при работе РГБ.

Для обеспечения указанного технического результата в устройство энергосбережения автономного приемопередатчика морского РГБ, содержащее первый микроконтроллер (МК1) управления и контроля энергопотребления источника электропитания приемопередатчика введены новые признаки, а именно: дополнительно введены второй микроконтроллер (МК2), причем МК1 выполнен высокоскоростным со сравнительно большим энергопотреблением и с возможностью снижения тактовой частоты, а МК2 выполнен низкоскоростным с малым энергопотреблением; и датчик-акселерометр, при этом источник электропитания последовательно соединен через МК2 с МК1, а датчик-акселерометр соединен с МК1 через переключатель.

В способе энергосбережения автономного приемопередатчика морского РГБ, состоящем в переводе в активный режим приемопередатчика при сеансе связи и переводе в «спящий» режим в паузах между сеансами связи с помощью первого микроконтроллера (МК1), новые признаки заключаются в том, что с помощью введенного второго микроконтроллера (МК2) в «спящем» режиме дополнительно понижают тактовую частоту МК1, а в период сеанса связи с помощью введенного акселерометра отслеживают положение этого акселерометра и включают передатчик, когда положение акселерометра близко к апогею морской волны.

РГБ содержит несколько узлов, каждый из которых выполняет определенную задачу. В предлагаемом нами варианте, вводимый, низко энергопотребляющий микроконтроллер 2 (МК2) обеспечивает поочередное и повременное включение узлов, которые необходимы в конкретный момент времени в зависимости от программы работы, а наличие акселерометра позволяет осуществлять передачу оптимальным образом, когда буй находится в максимальных точках по вертикали - в апогее волны.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1, на которой приведена функциональная схема - заявленное устройство энергосбережения в составе РГБ.

Заявляемый автономный цифровой приемопередатчик содержит низкопроизводительный, с малым энергопотреблением второй микроконтроллер (МК2) 3, соединенный линиями питания с высокопроизводительным первым микроконтроллером (МК1) 2 и с акселерометром 7. МК2 соединен по питанию с аккумуляторной батареей (АКБ) 1. МК1 и акселерометр соединены также между собой линиями данных. Поскольку заявляемое устройство является частью РГБ, на фиг. 1 в качестве поясняющего примера представлены дополнительные узлы, которые присутствуют или могут присутствовать в РГБ: спутниковый модем 4, радиомодем 5 и гидроакустический модем 6. Модемы 4-6 линиями данных соединены с МК1, а модемы 4-6 - с соответствующими им антеннами 8-10.

Представленные на фиг. 1 устройства описаны в известных источниках: микроконтроллеры являются элементами средств вычислительной техники; модемы 4-6 принципиально выполняют одинаковые функции (модуляция/демодуляция сигналов), применительно к устройствам связи описаны в книге [5]; акселерометр является стандартным устройством для регистрации ускорений.

С помощью предложенного устройства заявленный способ осуществляется следующим образом: АКБ 1 подает питание на МК2 3, который коммутирует питание по узлам буя в зависимости от режима работы и запрограммированной программы. При этом потребление энергии существенно сокращается, т.к. энергия расходуется только на активный узел. Остальные узлы при этом отключены, т.е. не расходуют вхолостую заряд АКБ. В рабочем режиме МК2 подает питание на необходимые в данный момент времени модемы, в зависимости от рабочей программы, при этом незадействованные модемы отключены. Для экономии энергии АКБ передача по УКВ связи или спутниковой связи осуществляется в оптимальное время в зависимости от положения буя, которое контролируется акселерометром в трех координатных плоскостях. Оптимальное условие передачи - в максимальных точках по вертикали (на апогее морской волны). При поступлении сообщения МК2 включает МК1, который принимает сообщение от работающего модема и согласно программе отправляет его на другой модем, который включает МК2. После завершения передачи модем обесточивается до следующего сеанса связи.

МК2 выполняет дополнительные задачи:

- управление спящим режимом устройств из информационной цепи буя;

- управление снижением тактовой частоты высокопроизводительного контроллера при отсутствии задач по обработке и передачи данных;

- отключение всех систем буя в режиме глубокого сна, при аварии, критическом заряде аккумуляторной батареи и т.п.

Таким образом, осуществляется экономия электроэнергии батареи и оптимизация работы РГБ с помощью данных от акселерометра.

Источники информации

1. Форский Л. Радиосвязные буи ВМС иностранных государств // Заруб. военное обозрение, 2000, №11.

2. Пат. РФ №2351099. Способ управления скоростью передачи и контроллер радиосвязи. МПК H04W 92/10. Заявл. 24.08.2006, опубл. 27.03.2009.

3. Пат. РФ №2574727. Способ управления схемой адаптивной модуляции и устройство беспроводной передачи, снабженное схемой адаптивной модуляции. МПК H04W 28/18. Заявл. 07.06.2012, опубл. 10.02.2016.

4. Андреев Ю.В., Ефремова Е.В., Лазарев В.А. Энергосберегающие режимы приемопередатчиков в сверхширокополосных сенсорных сетях // Журнал радиоэлектроники, 2012, №1.

5. Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений. М., Сов. радио, 1970.

1. Устройство энергосбережения автономного приемопередатчика морского радиогидроакустического буя, содержащее первый микроконтроллер (МК1) управления и контроля энергопотребления источника электропитания приемопередатчика, отличающееся тем, что дополнительно введен второй микроконтроллер (МК2), причем МК1 выполнен высокоскоростным со сравнительно большим энергопотреблением и с возможностью снижения тактовой частоты, а МК2 выполнен низкоскоростным с малым энергопотреблением; дополнительно введен акселерометр, при этом источник электропитания последовательно соединен через МК2 с МК1, а акселерометр соединен с МК1.

2. Способ энергосбережения автономного приемопередатчика морского радиогидроакустического буя, состоящий в переводе в активный режим приемопередатчика при сеансе связи и переводе в «спящий» режим в паузах между сеансами связи с помощью первого микроконтроллера (МК1), отличающийся тем, что с помощью введенного второго микроконтроллера (МК2) в «спящем» режиме дополнительно понижают тактовую частоту МК1, а в период сеанса связи с помощью введенного акселерометра отслеживают положение этого акселерометра и включают передатчик, когда положение акселерометра близко к апогею морской волны.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области охранной сигнализации, в частности к сейсмическим средствам тревожной сигнализации, предназначенным для обнаружения наземного объекта, проникающего через зону обнаружения рубежа охраны, с возможностью определения азимута на обнаруженный объект по сейсмическим сигналам.

Способ относится к активным гидроакустическим системам обнаружения дна и оценки его глубины и может быть использован в эхолотах для селекции мешающих эхо-сигналов.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано для определения координат затонувших объектов (летательных аппаратов, кораблей и т.п.). Достигаемый технический результат - снижение временных и материальных затрат на поиск затонувшего объекта и повышение точности определения его координат.

Изобретение относится к гидролокации и может быть применимо в сейсморазведке и ультразвуковой диагностике для распознавания материалов объектов (целей) любой формы.

Изобретение относится к гидрофизике, геофизике и радиофизике. Оно может быть использовано для построения и эксплуатации системы гидроакустической томографии информационных полей атмосферы, океана и земной коры в морской среде на основе технологий дальнего параметрического приема волн различной физической природы, обеспечивающей измерение и формирование их спектров в формате 2D и (или) 3D, а так же непрерывный контроль их пространственно-временной динамики.

Изобретение относится к гидрофизике, геофизике и может быть использовано в решении задач комплексного мониторинга гидрофизических и геофизических полей, формируемых естественными и искусственными источниками, процессами и явлениями океана и земной коры.
Изобретение относится к области морской гидрометеорологии и может быть использовано для определения дрейфа морских льдов. Сущность: следят за перемещением морских льдов, отображая на мониторе пути их перемещения.

Изобретение относится к области гидроакустики и гидродинамики в части обнаружения и регистрации естественного гидродинамического поля Мирового океана, гидроакустических и гидродинамических полей, создаваемых движением подводных и надводных объектов, в том числе в инфразвуковом диапазоне от нуля до 1 Гц.

Предлагается способ определения высоты значительного волнения и оценки средней дисперсии наклонов крупномасштабного, по сравнению с длиной волны акустического излучения, волнения с помощью акустической системы, включающей импульсный акустический излучатель с одной приемо-передающей антенной с симметричной широкой диаграммой направленности.

Использование: гидроакустика, океанография, и может быть использовано для оценки состояния ледового поля. Сущность: способ реализуют с помощью гидроакустических излучающей и приемной антенн, соединенных Т-образно и размещенных в плоскости, параллельной плоскости, совпадающей со средним уровнем водной поверхности в спокойном состоянии, излучение акустических импульсов производят излучающей антенной с характеристикой направленности (ХН), прием эхо-сигналов от нижней поверхности льда производят приемной антенной, формирующей статический веер приемных ХН электронным способом, обзор участка нижней поверхности льда в пределах сектора обзора производят за заданное число циклов зондирования путем последовательного поворота оси ХН излучающей антенны в плоскости ее наибольшего размера относительно нормали к нижней поверхности льда, для каждого положения оси ХН излучающей антенны в полосе обзора измеряют расстояния от приемной антенны до нижней поверхности льда, перед началом каждого цикла зондирования производят измерение и коррекцию углов наклона излучающей и приемной антенн в плоскостях их наибольших размеров.

Изобретение относится к области подводной робототехники, в частности к технике изучения и освоения морей, океанов и внутренних водоемов, к автономным и автоматизированным подводным профилирующим зондам.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для исследований гидроакустических полей объектов шумоизлучения в натурном водоеме. Предложен носитель аппаратуры (НА) измерительного гидроакустического комплекса, выполненный в виде торпедообразного тела с хвостовым стабилизатором, в центре масс которого расположен гидрофон.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения спектральных и статистических характеристик трехмерного морского волнения.

Изобретение относится к устройствам для измерения геофизических и гидрофизических параметров в придонных зонах морей и океанов. Сущность: подводная обсерватория, сочлененная с диспетчерской станцией (9), включает поверхностный буй-веху (8), подповерхностный буй (3) и нижнюю плавучесть (4), соединенные посредством ходового троса (2).

Изобретение относится к океанографической технике, а именно к морским измерительным системам. Профилирующая измерительная система включает морскую стационарную платформу (9), на которой установлен снабженный средством контроля своего положения приборный контейнер (1) с датчиками.

Изобретение относится к буям и может быть использовано при проведении поисковых и подводно-технических работ при наличии сплошного ледового покрова для обозначения положения, индикации аварии и подачи радиосигнала в экстренных случаях.

Изобретение относится к области морской техники и предназначено для обнаружения, определения местонахождения и классификации подводных лодок и надводных кораблей.

Изобретение относится к гидротехническим устройствам и предназначено для обозначения границы ВВП гидроаэродрома при взлете воздушного судна с его поверхности и его посадке.

Изобретение относится к области океанографии и может быть использовано для определения характеристик морских ветровых волн. Сущность: устройство состоит из цельнометаллического корпуса (3), внутри которого установлены модуль (1) управления с опционным блоком GPS, источник (2) питания, цифровой трехкомпонентный акселерометр (15), трехкомпонентный магнитометр (17).

Изобретение относится к плавучим средствам и может быть использовано для обнаружения волн цунами в открытом океане. Сущность: устройство содержит платформу (1) с установленным на ней буем (11).

Изобретение относится к области функционирования морских радиогидроакустических буев, предназначенных для приемапередачи информации о подводной обстановке по гидроакустическому каналу и радиоканалу. РГБ используются в военных целях, а также при исследованиях и мониторинге Мирового океана и других акваторий. Предложено устройство энергосбережения автономного приемопередатчика морского РГБ, содержащее первый и второй микроконтроллеры МК1 И МК2 управления и контроля энергопотребления источника электропитания приемопередатчика, причем МК1 выполнен высокоскоростным со сравнительно большим энергопотреблением и с возможностью снижения тактовой частоты, а МК2 выполнен низкоскоростным с малым энергопотреблением; дополнительно введен акселерометр, при этом источник электропитания последовательно соединен через МК2 с МК1, а акселерометр соединен с МК1. Предложен также способ энергосбережения автономного приемопередатчика морского РГБ. Технический результат заключается в снижении энергетических затрат при работе РГБ. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх