NO165369B - Fremgangsmaate og mottaker for signaldeteksjon. - Google Patents

Description

Denne oppfinnelsen omfatter en fremgangsmåte og en

mottaker for signaldeteksjon i brukerterminaler, f.eks

jordstasjoner som mottar og prosesserer amplitudemodulerte nødradiosignaler, særlig på de vanlige nødfrekvenser i

båndene 121,5 MHz og 243,0 MHz, med den hensikt å skille mellom nødsignal og bakgrunns-støy eller talesignaler.

Denne oppfinnelsen er blitt utviklet primært for

brukerterminaler i form av jordstasjoner med utstyr som

mottar og prosesserer nødsignaler mottatt via satellitter,

for å frembringe posisjonsinformasjon og gi ytterligere

informasjon til redningstjenesten. Satellittene som er av interesse i denne sammenheng er de som tilhører COSPAS-

SARSAT-systemet som har vært operativt siden 1982. Som det

fremgår av følgende beskrivelse, er oppfinnelsen ikke

begrenset til satellittsystemer, men er generelt anvendelig for bruk ved all transmisjon og mottaking av nødsignaler i h.h.t. standard-nødsignalsystemer.

Nødsignalene kan f.eks. sendes ut fra fly og skip. Fly

er utstyrt med ELT (Emergency Locator Transmitters), mens skip har EPIRB (Emergency Position Indicating Radio

Beacons). Normalt er slikt utstyr konstruert til å fungere

automatisk når flyet eller skipet blir utsatt for en ulykke.

Satellittene det er snakk om her går i polare baner.

Høyden for-SARSAT satelliter er 850 km og for COSPAS er det

1000 km. Omløpstid er ca. 100 minutter. Jordstasjonene

mottar og prosesserer signalene fra satellittene for å kunne posisjonere bøyer, noe som er meget viktig for gjenfinning av forulykkede fly eller skip. Systemet gir en nøyaktighet bedre enn 20 km for nødsignaler i 121,5 MHz og 243-MHz

båndene. 121,5 og 243,0-MHz båndene gir kun lokal dekning,

altså både bøye og jordstasjon må samtidig være synlig fra satelliten i minst 4-6 minutter.

I tillegg opererer COSPAS-SARSAT med den nye nødfre-

kvensen 406,025 MHz. Informasjon om 406 MHz-båndet blir

prosessert, lagret og dumpet av satellittene og gir således global dekning. Pre-prosesserte 406 MHz-data kalles 2,4

kbit/sec data.

121,5 og 243-MHz data blir samplet og prosessert av en array-prosessor i den vanlige jordstasjonen, mens satellit-tens pre-prosesserte 406 MHz data blir mottatt av en mikroprosessor-kontrollert interface-enhet som utfører bit og rammesynkronisering, feilkorreksjon og formattering for overføring til en hoveddatamaskin i jordstasjonen eller den lokale brukerterminalen (Local User Terminal - LUT). Av det ovenstående forstår man at signaler i 121,5 og 243 MHz båndene bare kan detekteres mens satellitten er synlig. Et grafisk display viser deteksjonene som funksjon av frekvens og tid. Displayet blir dynamisk oppdatert.

I forbindelse med konvensjonelle installasjoner som kort nevnt ovenfor, er det kjent fra artikkelen "121.5/243 MHz ELT Identification" av R. C. Renner og B. W. Kozminchuk pp. 361-384 i boken "Satellite Aided Search and Rescue" publisert av Centre National d'Etudes Spatiales, Frankrike

1984, at signalprosessering kan utføres for å skjelne mellom de karakteristiske nødsignalene som utsendes og forstyrrende signaler, såsom vanlig bakgrunnsstøy eller talesignaler. De sistnevnte kan inneholde audiofrekvenser innen det samme audio-område som blir benyttet av konvensjonelle nødsignal-sendere. Denne kjente metoden representerer imidlertid en heller komplisert løsning og fører til mer kostbart utstyr, siden den prosesseringen det gjelder foregår i array-prosessoren etter konvertering av signalene i 121,5 MHz- og 24 3 MHz-båndet til et digitalt format og dessuten krever en høyere kapasitet i data-overføringen mellom array-prosessoren og hoved-datamaskinen i jordstasjonen.

Det kan også nevnes at britisk patent nr 2.104.744 beskriver en metode for mottaking og prosessering av radio-signaler, omfattende lagring av signaler. Denne kjente metode er imidlertid rettet mot et helt annet formål enn å motta nødradiosignaler. Ifølge det britiske patent blir det foretatt en lagring av signaler fra de sterkeste sender-stasjoner som er tilgjengelige i hvilket som helst gitt tidspunkt, hvilket står i motsetning til en karakterisering av signaler, som er vesentlig i forbindelse med foreliggende oppfinnelse slik det skal forklares nedenfor.

Norsk patent nr 145.393 angår heller ikke mottaking av nødradiosignaler, men derimot en automatisk, selektiv

mottaker for mobilradio med flere kanaler som er innrettet til å avsøkes, idet avsøkningen stoppes når det opptrer et tilstrekkelig sterkt signal. Patentskriftet omhandler en metode for spesielt rask avsøkning eller skanning når det er mange sendere som skal mottas. Disse forutsetninger og

særlig signalkarakteren er helt forskjellig fra det som

ligger til grunn for foreliggende oppfinnelse.

Mer interessant er norsk patent nr 153.200 forsåvidt

som det går ut på deteksjon og demodulering av nødsignaler,

nærmere bestemt digitale nødsignaler. I motsetning til dette er foreliggende oppfinnelse rettet mot nødsignaler med

amplitudemodulasjon og på de vanlige nødfrekvenser i 121,5

MHz- eller 243,0 MHz-båndene. Dermed vil deteksjon og

prosessering av nødsignalene være vesentlig forskjellig fra denne tidligere kjente metode.

Sett på ovenstående bakgrunn, særlig den nevnte

bok/artikkel fra 1984, er denne oppfinnelse rettet mot en mye enklere og billigere løsning som i korthet baserer seg på å skjelne mellom de forskjellige signalene ved proses-

sering på audionivå. Dette blir forklart nærmere i den

følgende beskrivelse, mens karakteristiske trekk i h.h.t.

oppfinnelsen er angitt i de vedlagte krav.

Det refereres nå til tegningene, hvor

Fig. 1 illustrerer forskjellige signalformer av interesse

i forbindelse med denne oppfinnelsen,

Fig. 2 er et blokkdiagram for en typisk lokal brukerter-

minal eller jordstasjon, og

Fig. 3 er et blokkdiagram som viser prosesserings-trinn i fremgangsmåten ifølge denne oppfinnelsen.

Det øverste og det nederste diagrammet i fig. 1 viser henholdsvis frekvens og signalnivå som en tidsfunksjon. Begge diagrammene er delt inn i tre seksjoner, A, B og C som representerer et typisk nødsignal, et talesignal og en umodulert bærebølge.

121,5 og 243 MHz nødsignal (ELT) er karakterisert ved en modulasjon som er laget for å høres av det menneskelige øret, men som ikke er velegnet til automatiske målinger. Som en del av utviklingen av deteksjonsprosesser eller algorit-mer for deteksjon og frekvensmåling som inngår her, kreves det omfattende karakterisering av de aktuelle nødsignaler.

Tradisjonelle ELT eller nødsignaler har vanligvis følgende karakteristikk:

De fire sistnevnte spesifikasjoner er vanlige stan-darder, og de to. siste spesifikasjoners tallverdier kan betraktes som viktig i forbindelse med fremgangsmåten ifølge denne oppfinnelsen. Med hensyn til sveiping nedover i området fra 1600 til 300 Hz, er det også et krav at utsendte nødsignaler skal ha en sveipvariasjon på minst 700 Hz.

På grunn av de variable transmisjonsbetingelser som forekommer ved mottaking av nødsignaler vil nivået av mottatte signaler variere over mange titalls dB, og i tillegg til dette kan det opptre talesignaler eller andre forstyrrelser i båndene. Det er dette som forårsaker de problemene som kan løses ved bruk av denne metoden.

Fig. 1 illustrerer i detalj de nevnte problemer, og det refereres først til del A av fig. 1. Det er illustrert et typisk sveip i den modulerte audiofrekvens i et nødsignal, som her dekker maksimum frekvensområde fra 1600 til 300 Hz. Fra det nederste diagrammet, del A, er det vist at nivå 11 av disse sveipsignaler er stort sett konstant, muligens med litt variasjon under hvert sveip.

I motsetning til de karakteristiske og mer eller mindre regulære signalformer som i del A, fig. 1, illustrerer del B de sporadiske frekvensvariasjoner (kurve 2) og nivåer (kurve 12), som finnes i det menneskelige talesignalet. Både frekvensinnhold og nivå kan i hvert fall ved noen tidspunkter svare til frekvensinnhold og nivå til nødsignalet.

Til slutt viser del C av fig. 1 de mulige frekvenser (kurve 3) og nivåer (kurve 13) som funksjon av tid for en umodulert bærebølge.

De tre signalformer illustrert i fig. 1, og muligens andre, kan være tilstede samtidig, så problemet her er å skille ekte nødsignaler fra andre signaler eller forstyrrelser som er tilstede.

Før løsningene i h.h.t. oppfinnelsen forklares refereres det til fig. 2 som i blokkdiagram viser hovedkompo-nentene i en lokal brukerterminal. 21 viser en antenne som kan følge en satellitt. Et telemetri- eller mottaker-subsystem 22 som kan ansees å inkludere en forforsterker, en mottaker og en demodulator. 23 er en 121,5/243 MHz-prosessor som inkluderer en array-prosessor. Prosessoren 23 omfatter også en kanalseparator og en analog/digital konverter. Disse skiller ut 121.5 MHz signalet som ligger i området 34.5 - 59.5 KHz og 243 MHz-signalet som ligger i området 71-117 KHz. Siden bare 121.5 MHz-båndet videresen-des av alle satellittene er det dette som omhandles i det følgende. Oppfinnelsen er imidlertid like anvendelig for signaler i 243 MHz-båndet.

Videre er det vist en 2,4 kbit/sekund prosessor som er ment for satellitt-prosesserte 406 MHz data mottatt fra COSPAS- eller SARSAT-satellittene. Denne prosessoren har ikke direkte interresse i forbindelse med oppfinnelsen. Til slutt er det vist et kjent tidsreferanse-system 25, som, sammen med de andre illustrerte subsystemer, er tilkoplet en hoved-datamaskin 26.

På hoved datamaskinen 26 kan det også være tilkoplet en grafisk terminal, en skriver, en diskenhet og andre perifere enheter som kan være nyttige i vedkommende installasjon for operatørens bruk eller andre formål.

En detektorenhet 29 for modulert signal utgjør et subsystem i blokk-diagrammet i fig. 2, og er viktig i h.h.t. oppfinnelsen. Enhet 29 kan ansees å inneholder en normal audio- demodulator og den vesentlige funksjon av denne signal-detektor er å utføre den prosessering og diskri-minering som er karakteristisk for denne oppfinnelsen. Dette skal videre forklares^med referanse til tegningenes fig. 3.

Fig. 3 viser funksjonelle blokker som generelt er representert ved enheten 29 i fig. 2. Videoutgangen fra telemetrimottaker-subsystemets demodulator er koplet til inngangen på ere. generell kommunikasjonsmottaker 30. Denne mottakeren er modifisert for å dekke frekvenser ned til 34 kHz. Nominell operasjonsmodus er AM og smal båndbredde (2,4 kHz). Mottakeren er interfacet (f.eks. RS-232 C) til hoveddatamaskinen 26 i fig 2. RF-nivå enten i form av AGC eller squelch avleses. Lavfrekvens-signalet fra mottakeren 30 går inn i båndpassfilteret 31. Dette filteret er tilpasset den maksimale frekvensvariasjon i nødsignaler (300-1600 Hz).

Så følger en enhet 3 2 som måler frekvens og audio-nivå på utgangen av mottakeren 30. Fra denne enheten 32 er koplet to utganger som representerer h.h.v. audio-nivå. og frekvens, til en diskriminator 33. Til denne diskriminatoren blir også RF-nivå påtrykket direkte fra mottakeren 30.

Enhetene vist i fig. 3 kan konstrueres på grunnlag av kjent teknologi og design-praksis for å implementere de ønskede funksjonene. Nærmere bestemt kan diskriminatorenheten 33 ha form av en mikroprosessor egnet til å bestemme om audio-frekvensnivået fra enhet 32 tilfredstiller de kriteria som karakteriserer et nødsignal (som illustrert i del A av fig. 1). Et annet alternativ er å la enhet 33 være en interface-enhet som sender de aktuelle inngangs-signaler til hoved-datamaskinen 26 i fig. 2, så nødvendig diskrimine-ring kan utføres der.

For satellittsystemer vil detektoren for modulert signal bare være i funksjon i inn-pass-modus, dvs. mens en satellitt er aktiv sett fra jordstasjonen. Kommunikasjonsmottaker 30 søker automatisk over 121,5 MHz eller 243 MHz-båndet, og når squelchen åpner, stoppes avsøkingen. Start og stopp av frekvensskanningen er fortrinnsvis kontrollert av mottakeren selv, med ventetiden ved funnet signal spesifi-sert på forhånd. En indikasjon på funnet signal sendes til diskriminatorenhet 33. Eventuelt kan dette styres av en prosessor i diskriminatorenheten. Audionivå blir så målt. Hvis nivået er lavt indikerer dette en umodulert bærebølge og skanningen startes igjen så snart som mulig.

Hvis det mottatte signal har modulasjon, blir frekvens som funksjon av tid målt i enhet 32 og frekvens/tid-møn-steret blir brukt for å skille nødsignal-modulasjon fra talesignaler. Parametere som den laveste frekvens (>300Hz), høyeste frekvens (<1600 Hz) og sveip-periode (0,25-0,5 sekunder) blir målt som en vesentlig del av diskriminerings-prosessen. Så snart signalet er identifisert (det tar et par sekunder), starter skanningen igjen.

Hver gang skanningen stoppes, blir frekvensen lest fra mottaker 30 til hoved-datamaskinen og lagret sammen med modulasjons-parametrene. Når forutinnstilt høyeste frekvens-grense er nådd under skanningen (eks. 59.5 KHz), starter skanningen på nytt fra laveste frekvens. Hver søking over frekvensbåndet tar typisk noen få titalls sekunder.

Claims (3)

1. Fremgangsmåte for signaldeteksjon i brukerterminaler for mottaking og prosesséring av amplitudemodulerte nød-radiosignaler på vanlige nødfrekvenser i 121,5 MHz- eller 243,0 MHz-båndene, for å avgjøre om et virkelig nødsignal er tilstede til forskjell fra bakgrunnsstøy og talesignaler, idet nødsignalet er definert ved sveiping av audiomodula-sjonsfrekvensen i gjentatte sveipetidsintervaller, omfattende skanning av vedkommende nødfrekvens-bånd og avbrytelse av skanningen når et radiosignal over en forutbestemt terskel blir detektert, karakterisert ved kombinasjonen av følgende ytterligere trinn: kontroll om audio-nivået av det detekterte' signalet er over et forutbestemt nivå, fortsettelse av skanningen så snart som mulig hvis audio-nivået er under det forutbestemte nivå, avbrytelse av skanningen et visst tidsintervall svarende til minst ett sveipetidsintervall, hvis audio-nivået er over det forutbestemte nivå, måling av frekvens/tid-parametre for signalets audio- sveip-mønster innenfor det nevnte tidsintervall og i det minste i form av antall sveip pr. tidsenhet, fortrinnsvis også med måling av frekvensen i minst to forskjellige tidspunkter innenfor det nevnte tidsintervall, for å skjelne et mulig nødsignal fra bakgrunns-støy og talesignaler, lagring eller registrering av en representasjon av et identifisert nødsignals parametre for videre prosessering eller fremvisning (display), og start av skanningen igjen ved slutten av det nevnte tidsintervall.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at en måling av frekvensen i de nevnte to forskjellige tidspunkter i form av en høyere og en lavere frekvens, hvor den høyere frekvens opptrer først, blir tatt som en ytterligere identifikasjon av et virkelig nødsignal.

3. Mottaker for signaldeteksjon i brukerterminal for mottaking og prosessering av amplitudemodulerte nødradio-signaler på de vanlige nødfrekvenser i 121,5 MHz- eller 243,0 MHz-båndene, for å avgjøre om et virkelig nødsignal er tilstede til forskjell fra bakgrunnsstøy og talesignaler, idet nødsignalet er definert ved sveiping av audiomodula-sjonsfrekvensen i gjentatte sveipetidsintervaller, omfattende en anordning til å bevirke skanning av vedkommende nødsignalfrekvensbånd og en anordning innrettet til å avbryte skanningen når et radiosignal over en forutbestemt terskel blir detektert, karakterisert ved kombinasjonen av: en måleanordning (32,33) for å kontrollere om audio- nivået av det detekterte signal er over et forutbestemt nivå, en anordning for å bevirke fortsettelse av skanningen så snart som mulig hvis audio-nivået er under det forutbestemte nivå, en anordning til å avbryte skanningen et visst tids intervall svarende til minst ett sveipetidsintervall, hvis audio-nivået er over det forutbestemte nivå, en måleanordning (32,33) for måling av frekvens/tid- parametere for signalets audiosveip-mønster innenfor det nevnte tidsintervall, og i det minste i form av antall sveip pr. tidsenhet, fortrinnsvis også med måling av frekvensen i minst to forskjellige tidspunkter innenfor det nevnte tidsintervall, for å skjelne et mulig nødsignal fra bakgrunnsstøy og talesignaler, en datamaskin (26) for lagring eller registrering; av en representasjon av et identifisert nødsignals parametre for videre prosessering eller fremvisning (display), og en anordning for å bevirke start av skanningen igjen ved slutten av den nevnte tidsintervall.