RU2167451C1

RU2167451C1 - Device for broadcasting messages on flood or mud flow

Info

Publication number: RU2167451C1
Application number: RU99127429/09A
Authority: RU
Inventors: В.А. Рогалев; Г.А. Денисов; В.И. Дикарев
Original assignee: Международная академия наук экологии, безопасности человека и природы
Priority date: 1999-12-21
Filing date: 1999-12-21
Publication date: 2001-05-20

Abstract

FIELD: signalling and calling arrangements. SUBSTANCE: device has radio transmitter, multivibrator, level transducers with sensitive members, relay, power supply sources, master oscillator, telegraph sending key, modulating code oscillator, phase manipulator, transmitting aerial, radio receiver, receiving aerial, search unit, mixer, conversion frequency source, finder unit, unit for measuring bandwidth, threshold unit, keys, delay line, acoustic signal unit, phase detector, recording unit, unit for measuring frequency, frequency detector, trigger, balance switcher. The device has feature for stabilizing reference voltage phase selected from the received signal. EFFECT: high accuracy in determining flood or mud flow occurrence place. 2 dwg

Description

Изобретение относится к сигнальной аппаратуре, предупреждающей население об опасности стихийного бедствия. The invention relates to signaling equipment warning a population of the danger of a natural disaster.

Известны устройства для оповещения о паводке или селе (авт. св. СССР N 432562938; патент РФ N 2039066, G 08 В 23/00, 1992; Димаксян А.М. Радиооповеститель селя. Л. Гидрометеоиздат, 1966, с. 25; Дикарев В. И., Рогалев В. А. , Денисов Г. А., Койнаш Б.В., Сенокосов Е.С. Методы и средства экологического контроля. СПб, 1999, с. 123 и другие). Known devices for warning of a flood or a village (ed. St. USSR N 432562938; RF patent N 2039066, G 08 В 23/00, 1992; Dimaksyan AM Radio announcer of the mudflow. L. Gidrometeoizdat, 1966, p. 25; Dikarev V.I., Rogalev V.A., Denisov G.A., Koinash B.V., Senokosov E.S. Methods and means of environmental control (St. Petersburg, 1999, p. 123 and others).

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является "Устройство для оповещения о паводке или селе" (патент РФ N 2.039.066, G 08 В 23/00, 1992), которое и выбрано в качестве базового. Of the known devices, the closest to the proposed one is “A device for flood or village warning” (RF patent N 2.039.066, G 08 B 23/00, 1992), which is selected as the base one.

Указанное устройство обеспечивает передачу на пункт оповещения не только звуковых сигналов, по характеру которых судят об уровне паводка или селя, но и данных о географических координатах места возникновения паводка или селя, чем повышается надежность оповещения населения о грозном стихийном бедствии. Это достигается использованием сложного фазоманипулированного (ФМн) сигнала, который излучается радиопередатчиком, принимается и селектируется радиоприемником, детектируется и используется для определения географических координат места возникновения паводка или селя. При этом радиопередатчики устанавливаются в паводкоопасных и селеопасных районах, а радиоприемник устанавливается на пункте оповещения. The specified device ensures the transmission to the notification point not only of sound signals, by the nature of which they judge the level of flood or mudflow, but also data on the geographical coordinates of the place of occurrence of the flood or mudflow, which increases the reliability of warning the population about a formidable natural disaster. This is achieved by using a complex phase-shift keyed (PSK) signal that is emitted by a radio transmitter, received and selected by a radio receiver, detected and used to determine the geographical coordinates of the flood or mudflow site. At the same time, radio transmitters are installed in flood hazardous and mudflow hazardous areas, and a radio receiver is installed at an alert point.

Использование сложного ФМн-сигнала позволяет применять новый вид селекции - структурную селекцию, которая обеспечивает более высокую помехоустойчивость, электромагнитную совместимость и надежность выделения указанного сигнала среди других сигналов и помех, действующих в той же полосе частот и в те же промежутки времени. The use of a complex QPSK signal allows the use of a new type of selection - structural selection, which provides higher noise immunity, electromagnetic compatibility, and the reliability of distinguishing this signal from other signals and interference operating in the same frequency band and at the same time intervals.

Признаками определения географических координат места возникновения паводка или селя служат частоты и цифровой код, передаваемый с помощью ФМн-сигнала. Signs of determining the geographical coordinates of the place of occurrence of the flood or mudflow are frequencies and a digital code transmitted using the PSK signal.

Однако указанному устройству присуще явление "обратной работы", сущность которого заключается в следующем. However, the specified device is inherent in the phenomenon of "reverse work", the essence of which is as follows.

При прекращении перестройки гетеродина 31 усилителем 32 промежуточной частоты выделяется следующее напряжение (фиг. 2б)
U_пр2(t) = V_ПРcos[ω_прt+Φ_к(t)+Φ_пр], 0≅t≅T_c,
которое через открытый ключ 39 поступает на первый вход фазового детектора 44.Upon termination of the tuning of the local oscillator 31 by the intermediate frequency amplifier 32, the following voltage is released (Fig. 2b)
U _pr2 (t) = V _PR cos [ω _pr t + Φ _k (t) + Φ _pr ], 0≅t≅T _c ,
which through the public key 39 enters the first input of the phase detector 44.

На входе удвоителя частоты (фазы) 35 в этом случае образуется гармоническое напряжение (фиг. 2в)
U₄(t) = V_ПР•cos[2ω_прt+2Φ_пр], 0≅t≅T_c,
которое поступает на вход делителя 42 частоты (фазы) на два. На выходе последнего образуется гармоническое напряжение (фиг. 2г)
U₅(t) = V_ПР•cos[ω_прt+Φ_пр], 0≅t≅T_c.
Фаза полученного напряжения может иметь два устойчивых значения Φ_пр и Φ_пр+π. Это легко показать аналитически. Если произвести деление, аналогичное предыдущему, но предварительно добавив к аргументу 2π, что не изменяет исходного напряжения, то после деления частоты (фазы) на два получится напряжение, сдвинутое по фазе на π:

Следовательно, двузначность фазы полученного напряжения вытекает из самого процесса деления. Физически указанная двузначность фазы объясняется неустойчивой работой делителя частоты (фазы).At the input of the frequency doubler (phase) 35 in this case, a harmonic voltage is generated (Fig. 2B)
U ₄ (t) = V _PR • cos [2ω _pr t + 2Φ _pr ], 0≅t≅T _c ,
which is fed to the input of the frequency divider 42 (phase) into two. At the output of the latter a harmonic voltage is generated (Fig. 2d)
U ₅ (t) = V _PR • cos [ω _pr t + Φ _pr ], 0≅t≅T _c .
The phase of the obtained voltage can have two stable values Φ _pr and Φ _pr + π. This is easy to show analytically. If you make a division similar to the previous one, but preliminarily adding 2π to the argument, which does not change the initial voltage, then after dividing the frequency (phase) by two, we get the voltage shifted in phase by π:

Therefore, the ambiguity of the phase of the voltage obtained follows from the fission process itself. The physically indicated two-valued phase is due to the unstable operation of the frequency divider (phase).

Полученное таким образом гармоническое напряжение U₅(t) используется в качестве опорного и подается на опорный вход фазового детектора 44.Thus obtained harmonic voltage U ₅ (t) is used as a reference and is supplied to the reference input of the phase detector 44.

Следует отметить, что явление "обратной работы" может быть двух типов. Первый тип "обратной работы" обусловлен неопределенностью начальной фазы опорного напряжения, выделяемого непосредственно из принимаемого ФМн-сигнала. При равновероятных значениях переменной составляющей фазы сигнала Φ₁= 0 и Φ₂= π отсутствует признак, который позволял бы "привязать" фазу Φ_пр опорного напряжения к одной из фаз сигнала. Поэтому фаза опорного напряжения всегда имеет два устойчивых состояния: Φ_пр (фиг. 2з) и Φ_пр+π (фиг. 2к).It should be noted that the phenomenon of “reverse work” can be of two types. The first type of "reverse operation" is due to the uncertainty of the initial phase of the reference voltage, which is extracted directly from the received PSK signal. For equally probable values of the variable component of the phase of the signal Φ ₁ = 0 and Φ ₂ = π, there is no sign that would allow us to “bind” the phase Φ _{pr of the} reference voltage to one of the signal phases. Therefore, the phase of the reference voltage always has two stable states: Φ _pr (Fig. 2c) and Φ _pr + π (Fig. 2k).

Следовательно, даже имея в точке приема опорное напряжение с постоянной начальной фазой и частотой, равной частоте принимаемого ФМн-сигнала, можно выделить аналог либо исходного модулирующего кода M₁ (фиг. 2и), либо инверсного (обратного) модулирующего кода М₂ (фиг. 2л) в зависимости от того, как будут сфазированы входной ФМн-сигнал (фиг. 2б) и опорное напряжение (фиг. 2з, к).Therefore, even having a reference voltage at the receiving point with a constant initial phase and a frequency equal to the frequency of the received PSK signal, an analogue of either the source modulating code M ₁ (Fig. 2i) or the inverse (inverse) modulating code M ₂ can be distinguished (Fig. 2l) depending on how the input PSK signal will be phased (Fig. 2b) and the reference voltage (Fig. 2z, k).

Однако, анализируя аналог модулирующей функции M(t) (фиг. 2а) в прямом M₁(t) (фиг. 2и) или обратном M₂(t) (фиг. 2л) коде, можно достоверно определить ее параметры (длительность τ_э и количество N элементарных посылок, закон фазовой манипуляции). При этом не принципиально, в прямом или обратном коде анализуется аналог модулирующей функции. Необходимо, чтобы было обеспечено постоянство фазы опорного напряжения, а следовательно, и аналога модулирующей функции в течение всего времени приема и анализа. Именно такая ситуация возникает в реальных условиях приема, когда отсутствуют априорные сведения о параметрах принимаемого ФМн-сигнала. Поэтому в процессе когерентного приема и синхронного детектирования ФМн-сигналов нет необходимости раскрывать неопределенность фазы опорного напряжения, которая является внутренним свойством данных сигналов.However, by analyzing an analog of the modulating function M (t) (Fig. 2a) in the forward M ₁ (t) (Fig. 2i) or reverse M ₂ (t) (Fig. 2l) code, its parameters can be reliably determined (duration τ _e and the number N of chips, the law of phase manipulation). In this case, it does not matter, in the direct or reverse code the analog of the modulating function is analyzed. It is necessary that the phase of the reference voltage, and hence the analog of the modulating function, be maintained constant throughout the entire time of reception and analysis. This is precisely the situation that arises in real reception conditions when there is no a priori information about the parameters of the received FMN signal. Therefore, in the process of coherent reception and synchronous detection of PSK signals, there is no need to disclose the uncertainty of the phase of the reference voltage, which is an internal property of these signals.

Таким образом, первый тип "обратной работы" не снижает помехоустойчивости когерентного приема ФМн-сигналов и не влияет на достоверность определения их параметров и на достоверность определения места возникновения паводка или селя. Thus, the first type of “reverse operation” does not reduce the noise immunity of the coherent reception of PSK signals and does not affect the reliability of determining their parameters and the reliability of determining the location of a flood or mudflow.

Второй тип "обратной работы" обусловлен скачкообразными переходами фазы опорного напряжения из одного состояния Φ_пр в другое Φ_пр+π под действием помех, кратковременного прекращения приема и других факторов. Эти переходы за время приема ФМн-сигнала происходят в случайные моменты времени (например, t₁, t₂, фиг. 2г). при этом на выходе фазового детектора 44 выделяется искаженный аналог модулирующей функции М_и (фиг. 2д). Данный тип "обратной работы" является весьма вредным в технике когерентного приема ФМн-сигналов и делает невозможным достоверное определение вышеуказанных параметров. Следует отметить, что именно из-за этого типа "обратной работы" классическая фазовая манипуляция долгое время не находила широкого применения несмотря на ряд своих преимуществ.The second type of “reverse operation” is due to spasmodic transitions of the phase of the reference voltage from one state Φ _pr to another Φ _pr + π under the influence of noise, short termination of reception and other factors. These transitions during the reception of the QPSK signal occur at random times (for example, t ₁ , t ₂ , Fig. 2d). at the same time, at the output of the phase detector 44, a distorted analog of the modulating function M _and (Fig. 2e) is highlighted. This type of "reverse operation" is very harmful in the technique of coherent reception of PSK signals and makes it impossible to reliably determine the above parameters. It should be noted that it is precisely because of this type of “reverse work” that classical phase-shift keying has not been widely used for a long time despite its several advantages.

Техническим результатом данного изобретения является повышение достоверности определения географических координат места возникновения паводка или селя. The technical result of this invention is to increase the reliability of determining the geographical coordinates of the place of occurrence of the flood or mudflow.

Технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее три датчика уровня, в каждом из которых чувствительный элемент подключен к одному выводу реле, другие выводы реле объединены и подключены к первому источнику питания, мультивибратор, выход которого подключен к радиопередатчику, подключенному ко второму источнику питания через замыкающий контакт реле первого датчика уровня, замыкающий контакт реле второго датчика уровня включен последовательно с резистором в одно из плеч мультивибратора, замыкающие контакты реле третьего датчика уровня подключены соответственно в цепь телеграфного ключа радиопередатчика и третьего источника питания, замыкающие контакты реле мультивибратора подключены параллельно замыкающему контакту реле третьего датчика уровня и телеграфному ключу радиопередатчика, радиопередатчик, состоящий из последовательно соединенных задающего генератора, телеграфного ключа, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом генератора модулирующего кода, усилителя мощности и передающей антенны, и радиоприемник, состоящий из последовательно соединенных приемной антенны, смесителя, второй вход которого через последовательно соединенные блок поиска и гетеродин подключены к выходу порогового блока, усилителя промежуточной частоты, удвоителя частоты, второго измерителя ширины спектра, блока сравнения, второй вход которого через первый измеритель ширины спектра соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, порогового блока, второй вход которого через линию задержки соединен с его выходом, первого ключа, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, фазового детектора, второй вход которого через последовательно соединенные делитель частоты на два и узкополосный фильтр подключен к выходу удвоителя частоты, и блока регистрации, при этом к выходу гетеродина последовательно подключены второй ключ, второй вход которого соединен с выходом порогового блока, и измеритель частоты, к выходу порогового блока подключен звуковой сигнализатор, введены частотный детектор, триггер и балансный переключатель, причем между выходом узкополосного фильтра и вторым входом фазового детектора включен балансный переключатель, второй вход которого через последовательно включенные частотный детектор и триггер соединен с выходом узкополосного фильтра. The technical result is achieved in that in a device containing three level sensors, in each of which a sensitive element is connected to one relay output, the other relay outputs are combined and connected to the first power source, a multivibrator whose output is connected to a radio transmitter connected to a second power source through the make contact of the relay of the first level sensor, the make contact of the relay of the second level sensor is connected in series with the resistor to one of the arms of the multivibrator, the make contacts of the relay its level sensors are connected respectively to the circuit of the telegraph key of the radio transmitter and the third power source, the make contacts of the multivibrator relay are connected in parallel with the make contact of the relay of the third level sensor and the telegraph key of the radio transmitter, the transmitter consisting of a serially connected master oscillator, telegraph key, phase manipulator, the second input of which connected to the output of the modulating code generator, power amplifier and transmitting antenna, and a radio receiver, consisting from a series-connected receiving antenna, mixer, the second input of which is connected through a series-connected search block and a local oscillator to the output of a threshold block, an intermediate frequency amplifier, a frequency doubler, a second spectral width meter, a comparison unit, the second input of which is connected to the output through the first spectral width meter an intermediate frequency amplifier, a threshold block, the second input of which is connected through its delay line to its output, the first key, the second input of which is connected to the amplifier output For an intermediate frequency, a phase detector, the second input of which is connected through a series divider into two and a narrow-band filter to the output of the frequency doubler and the registration unit, while the second key is connected to the local oscillator output, the second input of which is connected to the output of the threshold block, and frequency meter, an audible warning device is connected to the output of the threshold block, a frequency detector, a trigger and a balance switch are introduced, moreover, between the output of the narrow-band filter and the second input of the ph ovogo balanced detector enabled switch, a second input thereof via a series connection frequency detector and a trigger connected to the output of the narrowband filter.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие принцип работы устройства. In FIG. 1 shows a structural diagram of the proposed device, in FIG. 2 - time diagrams explaining the principle of operation of the device.

Устройство для оповещения о паводке или селе содержит радиопередатчик 1, мультивибратор 2, первый 3, второй 4 и третий 5 датчики уровня с первым 6, вторым 7 и третьим 8 чувствительными элементами, первое 9, второе 10 и третье 11 реле, первые 12, вторые 13, третьи 14, четвертые 15 и пятые 17 нормально открытые контакты, выходное реле 16 мультивибратора 2, резистор 18, первый 19, второй 20 и третий 21 источники питания, задающий генератор 22.1, телеграфный ключ 22.2, генератор 23 модулирующего кода, фазовый манипулятор 24, усилитель 25 мощности, передающую антенну 26, радиоприемник 27, приемную антенну 28, блок 29 поиска, смеситель 30, гетеродин 31, усилитель 32 промежуточной частоты, обнаружитель 33, первый 34 и второй 36 измерители ширины спектра, удвоитель 35 частоты, блок 37 сравнения, пороговый блок 38, первый ключ 39, линию 40 задержки, звуковой сигнализатор 41, делитель 42 частоты на два, узкополосный фильтр 43, фазовый детектор 44, блок 45 регистрации, второй ключ 46, измеритель 47 частоты, частотный детектор 48, триггер 49 и балансный переключатель 50. A flood or village warning device comprises a radio transmitter 1, a multivibrator 2, a first 3, a second 4 and a third 5 level sensors with first 6, second 7 and third 8 sensing elements, the first 9, second 10 and third 11 relays, first 12, second 13, third 14, fourth 15 and fifth 17 normally open contacts, output relay 16 of the multivibrator 2, resistor 18, first 19, second 20 and third 21 power sources, oscillator 22.1, telegraph key 22.2, modulating code generator 23, phase manipulator 24 , power amplifier 25, transmitting antenna 26, radio receiver 27, receiving antenna 28, search unit 29, mixer 30, local oscillator 31, intermediate frequency amplifier 32, detector 33, first 34 and second 36 spectral width meters, frequency doubler 35, comparison unit 37, threshold unit 38, first key 39, a delay line 40, an audible alarm 41, a frequency divider 42 into two, a narrow-band filter 43, a phase detector 44, a recording unit 45, a second key 46, a frequency meter 47, a frequency detector 48, a trigger 49, and a balance switch 50.

Принцип оповещения о паводке или селе основан на использовании сложного ФМн-сигнала, который излучается радиопередатчиком, принимается и селектируется радиоприемником, детектируется и используется для включения звукового сигнализатора. Причем характер звуковых сигналов свидетельствует об уровне паводка или селя, а зарегистрированный код свидетельствует о географических координатах возникновения паводка или селя. При этом радиопередатчики устанавливаются в паводкоопасных и селеопасных районах, а радиоприемник - на пункте оповещения. Использование сложного ФМн-сигнала позволяет применять новый вид селекции - структурную селекцию, которая обеспечивает более высокую помехоустойчивость и надежность выделения указанного сигнала среди других сигналов и помех, действующих в той же полосе частот и в те же промежутки времени. The principle of flood or village warning is based on the use of a complex PSK signal that is emitted by a radio transmitter, received and selected by a radio receiver, detected and used to turn on an audible warning device. Moreover, the nature of the sound signals indicates the level of the flood or mudflow, and the registered code indicates the geographical coordinates of the occurrence of the flood or mudflow. At the same time, radio transmitters are installed in flood hazardous and mudflow hazardous areas, and a radio receiver is installed at an alert point. The use of a complex QPSK signal allows the use of a new type of selection — structural selection, which provides higher noise immunity and reliability of distinguishing the specified signal from other signals and interference operating in the same frequency band and at the same time intervals.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При заполнении чувствительного элемента 6 датчика 3 уровня водой цепь реле 9 замыкается на землю, реле 9 срабатывает и замыкает контакты 12, через которые питание подается на радиопередатчик 1 и мультивибратор 2. При этом мультивибратор 2 работает в несимметричном режиме. Контакты 17 реле 16 мультивибратора 2 периодически через равные промежутки времени, например 10 с, замыкают нить телеграфного ключа 22.2 радиопередатчика 1, который и посылает в пространство радиосигналы через тот же интервал времени. When the sensor 6 of level 3 sensor 6 is filled with water, the circuit of relay 9 closes to ground, relay 9 activates and closes contacts 12, through which power is supplied to radio transmitter 1 and multivibrator 2. At the same time, multivibrator 2 operates in unbalanced mode. The contacts 17 of the relay 16 of the multivibrator 2 periodically at equal intervals of time, for example 10 s, close the thread of the telegraph key 22.2 of the radio transmitter 1, which sends radio signals to the space through the same time interval.

После включения радиопередатчика 1 высокочастотное колебание
U₁(t) = V_c•cos(ω_ct+Φ_c), 0≅t≅T_c,
где V_c,ω_c,Φ_c,T_c - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность высокочастотного колебания;
с выхода задающего генератора 22.1 через телеграфный ключ 22.2 поступает на первый вход фазового манипулятора 24, на второй вход которого подается модулирующая функция (код) M(t) (фиг. 2а) с выхода генератора 23 модулирующего кода. В результате фазовой манипуляции на выходе фазового манипулятора 24 образуется ФМн-сигнал
U₂(t) = V_c•cos[ω_ct+Φ_k(t)+Φ_c], 0≅t≅T_c,
где Φ_к(t) = {0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t), причем Φ_к(t) = const при Kτ_э<t<(K+1)τ_э и может изменяться скачком при t = Kτ_э, т.е. на границах между элементарными посылками (К = 0, 1, 2,..., N -1) τ_э, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью T_c(T_c= Nτ_э).
Этот сигнал после усиления в усилителе 25 мощности излучателя передающей антенной 26 в эфир, улавливается приемной антенной 28 и поступает на первый вход смесителя 30, на второй вход которого подается напряжение линейно изменяющейся частоты гетеродина 31
U_г(t) = V_г•cos(ω_гt+πγt²+Φ_г), 0≅t≅T_п,
V_г,ω_г,Φ_г - амплитуда, начальная частота и начальная фаза напряжения гетеродина;

скорость изменения частоты гетеродина (скорость перестройки);
D_f - диапазон просматриваемых частот;
Т_п - период перестройки.After turning on the radio transmitter 1 high-frequency oscillation
U ₁ (t) = V _c • cos (ω _c t + Φ _c ), 0≅t≅T _c ,
where V _c , ω _c , Φ _c , T _c - amplitude, carrier frequency, initial phase and duration of high-frequency oscillations;
from the output of the master oscillator 22.1 through the telegraph key 22.2 it enters the first input of the phase manipulator 24, the second input of which is supplied with a modulating function (code) M (t) (Fig. 2a) from the output of the modulating code generator 23. As a result of phase manipulation at the output of the phase manipulator 24, the PSK signal is generated
U ₂ (t) = V _c • cos [ω _c t + Φ _k (t) + Φ _c ], 0≅t≅T _c ,
where Φ _k (t) = {0, π} is the manipulated phase component that displays the phase manipulation law in accordance with the modulating code M (t), and Φ _k (t) = const for Kτ _e <t <(K + 1) τ _e and can change abruptly at t = Kτ _e , i.e. at the boundaries between elementary premises (K = 0, 1, 2, ..., N -1) τ _e , N is the duration and number of elementary premises from which a signal of duration T _c (T _c = Nτ _e ) is composed.
This signal, after amplification in the power amplifier 25 of the emitter by the transmitting antenna 26, is captured by the receiving antenna 28 and fed to the first input of the mixer 30, the second input of which is supplied with the voltage of the ramp 31
U _g (t) = V _g • cos (ω _g t + πγt ² + Φ _g ), 0≅t≅T _n ,
V _g , ω _g , Φ _g - amplitude, initial frequency and initial phase of the local oscillator voltage;

the rate of change of the local oscillator frequency (tuning rate);
D _f is the range of frequencies viewed;
T _p - the period of perestroika.

На выходе смесителя 30 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 32 выделяется напряжение промежуточной (разностной) частоты
U_пр1(t) = V_ПР•cos[ω_прt+Φ_г(t)-πγt²+Φ_пр], 0≅t≅T_c,
где

коэффициент передачи смесителя; ω_пр= ω_c-ω_г - промежуточная частота; ω_пр= ω_c-ω_г, которое представляет собой сложный сигнал с комбинированной фазовой манипуляцией и линейной частотной модуляцией (ФМн-ЛЧМ) на промежуточной частоте. Это напряжение поступает на вход обнаружителя 33, состоящего из измерителей 34 и 36 ширины спектра, удвоителя 35 частоты, блока 37 сравнения, порогового блока 38 и ключа 39.At the output of the mixer 30, voltages of combination frequencies are generated. The amplifier 32 is allocated voltage intermediate (differential) frequency
U _pr1 (t) = V _PR • cos [ω _pr t + Φ _g (t) -πγt ² + Φ _pr ], 0≅t≅T _c ,
Where

mixer gear ratio; ω _CR = ω _c -ω _g is the intermediate frequency; ω _CR = ω _c -ω _g , which is a complex signal with combined phase shift keying and linear frequency modulation (QPSK-LFM) at an intermediate frequency. This voltage is supplied to the input of the detector 33, consisting of meters 34 and 36 of the spectrum width, a frequency doubler 35, a comparison unit 37, a threshold unit 38, and a key 39.

На выходе удвоителя 35 частоты образуется напряжение
U₃(t) = V_пр•cos[2ω_прt-2πγt²+2Φ_пр], 0≅t≅T_c.
Так как 2Φ_к(t) = {0,2π}, то в указанном напряжении манипуляция фазы уже отсутствует.A voltage is generated at the output of the frequency doubler 35
U ₃ (t) = V _pr • cos [2ω _pr t-2πγt ² + 2Φ _pr ], 0≅t≅T _c .
Since 2Φ _k (t) = {0.2π}, phase manipulation is already absent in the indicated voltage.

Ширина спектра Δf₂ второй гармоники сигнала определяется его длительностью

тогда как ширина спектра Δf_c ФМн-сигнала определяется длительностью τ_э его элементарных посылок

т.е. ширина спектра Δf₂ второй гармоники сигнала в N раз меньше ширины спектра Δf_c входного сигнала:

Следовательно, при удвоении частоты (фазы) ФМн-сигнала его спектр "сворачивается" в N раз. Это и позволяет обнаружить ФМн-сигнал среди шумов и других сигналов даже тогда, когда его мощность на входе радиоприемника 27 меньше мощности шумов и других ложных сигналов (помех).The width of the spectrum Δf _{2 of the} second harmonic of the signal is determined by its duration

while the spectrum width Δf _c FMN signal is determined by the duration τ _{e of} its elementary premises

those. the width of the spectrum Δf _{2 of the} second harmonic of the signal is N times smaller than the width of the spectrum Δf _{c of the} input signal:

Therefore, when the frequency (phase) of the QPSK signal is doubled, its spectrum “folds” N times. This makes it possible to detect the QPSK signal among noise and other signals even when its power at the input of the radio 27 is less than the power of noise and other false signals (interference).

Ширина спектра Δf_c входного ФМн-сигнала измеряется с помощью измерителя 34, а ширина спектра Δf₂ второй гармоники сигнала измеряется с помощью измерителя 36. Напряжения V₁ и V₂, пропорциональные Δf_c и Δf₂ соответственно, с выходов измерителей 34 и 36 ширины спектра поступают на два входа блока 37 сравнения. Так как V₁ >> V₂, то на выходе блока 37 сравнения образуется положительное напряжение, которое превышает пороговый уровень V_пор в пороговом блоке 38. Пороговое напряжение V_пор выбирается таким, чтобы его не превышали случайные помехи. При превышении порогового уровня V_пор в пороговом блоке 38 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход блока 30 поиска, выключая его, на вход линии 40 задержки, на вход звукового сигнализатора 41 и на управляющие входы ключей 39 и 46, открывая их. Ключи 39 и 46 в исходном состоянии всегда закрыты.The spectral width Δf _{c of the} input QPSK signal is measured using a meter 34, and the spectral width Δf _{2 of the} second harmonic of the signal is measured using a meter 36. The voltages V ₁ and V ₂ are proportional to Δf _c and Δf _2, respectively, from the outputs of the meters 34 and 36 of the width spectrum are fed to two inputs of the comparison unit 37. Since V ₁ >> V ₂ , a positive voltage is generated at the output of the comparison unit 37, which exceeds the threshold level V _pores in the threshold block 38. The threshold voltage V _pores is selected so that it is not exceeded by random noise. When the threshold level V _pores is exceeded, a constant voltage is generated in the threshold unit 38, which is supplied to the control input of the search unit 30, turning it off, to the input of the delay line 40, to the input of the sound signaling device 41 and to the control inputs of the keys 39 and 46, opening them. Keys 39 and 46 in the initial state are always closed.

С этого момента времени процесс поиска ФМн-сигналов в заданном диапазоне частот Df прекращается на время анализа и регистрации обнаруженного ФМн-сигнала, которое определяется временем задержки τ_з линии 40 задержки. При этом звуковой сигнализатор 41 подает звуковые сигналы с интервалом в 10 с (Т_п = 10 с), что свидетельствует о начале паводка и достижении уровня в створе первого расчетного значения.From this point in time, the process of searching for QPSK signals in a given frequency range Df stops for the time of analysis and registration of the detected QPSK signal, which is determined by the delay time τ _{s of} the delay line 40. At the same time, the sound signaling device 41 delivers sound signals with an interval of 10 s (T _p = 10 s), which indicates the onset of high water and reaching a level in the alignment of the first calculated value.

Блок 29 поиска служит для просмотра заданного диапазона частот Df'' и поиска в нем ФМн-сигналов, соответствующих определенным паводкоопасным и селеопасным районам. В качестве блока 29 поиска может быть использован генератор пилообразного напряжения. The search unit 29 serves to view a predetermined frequency range Df ″ and search for PSK signals in it corresponding to certain flood-hazardous and mudflow-hazardous areas. As a block 29 search can be used a sawtooth voltage generator.

При прекращении перестройки гетеродина 31 усилителем 32 и промежуточной частотой выделяется следующее напряжение (фиг. 2б)
U_пр2(t) = U_ПР•cos[ω_прt+Φ_k(t)+Φ_пр], 0≅t≅T_c,
которое представляет собой ФМн-сигнал на промежуточной частоте и через открытый ключ 39 поступает на первый вход фазового детектора 44.Upon termination of the tuning of the local oscillator 31 by the amplifier 32 and an intermediate frequency, the following voltage is released (Fig. 2b)
U _pr2 (t) = U _PR • cos [ω _pr t + Φ _k (t) + Φ _pr ], 0≅t≅T _c ,
which is a PSK signal at an intermediate frequency and through the public key 39 is fed to the first input of the phase detector 44.

На выходе удвоителя 35 частоты (фазы) в этом случае образуется гармоническое напряжение (фиг.2в). At the output of the frequency doubler 35 (phase) in this case, a harmonic voltage is generated (FIG. 2c).

U₄(t) = U_ПР•cos(2ω_прt+2Φ_пр), 0≅t≅T_c,
которое поступает на вход делителя 42 частоты (фазы) на два. На выходе последнего образуется гармоническое напряжение (фиг. 2г)
U₅(t) = U_ПР•cos(ω_прt+Φ_пр), 0≅t≅T_c.
Это напряжение выделяется узкополосным фильтром 43 и используется в качестве опорного напряжения.U ₄ (t) = U _PR • cos (2ω _pr t + 2Φ _pr ), 0≅t≅T _c ,
which is fed to the input of the frequency divider 42 (phase) into two. At the output of the latter a harmonic voltage is generated (Fig. 2d)
U ₅ (t) = U _PR • cos (ω _pr t + Φ _pr ), 0≅t≅T _c .
This voltage is allocated by the narrow-band filter 43 and is used as a reference voltage.

Однако фаза опорного напряжения U₅(t), выделяемого непосредственно из принимаемого ФМн-сигнала, характеризуется нестабильностью, обусловленной скачкообразными ее переходами из одного состояния Φ_пр в другое Φ_пр+π под действием помех, кратковременного прекращения приема и других факторов. Эти переходы за время приема ФМн-сигнала происходят в случайные моменты времени (например t₁, t₂). При этом на выходе фазового детектора 44 выделяется искаженный аналог модулирующего кода M₁(t) (фиг. 2д), что делает невозможным достоверное определение географических координат места возникновения паводка или селя.However, the phase of the reference voltage U ₅ (t), which is extracted directly from the received PSK signal, is characterized by instability due to its jump-like transitions from one state Φ _CR to another Φ _CR + π under the influence of interference, short termination of reception, and other factors. These transitions during the reception of the QPSK signal occur at random times (for example, t ₁ , t ₂ ). At the same time, at the output of the phase detector 44, a distorted analog of the modulating code M ₁ (t) is highlighted (Fig. 2e), which makes it impossible to reliably determine the geographical coordinates of the place where the flood or mudflow occurred.

Для стабилизации фазы опорного напряжения U₅(t) и тем самым устранения явления "обратной работы" второго типа используются частотный детектор 48, триггер 49 и балансный переключатель 50.To stabilize the phase of the reference voltage U ₅ (t) and thereby eliminate the phenomenon of “reverse operation” of the second type, a frequency detector 48, a trigger 49, and a balance switch 50 are used.

При скачкообразном изменении фазы опорного напряжения на +180^o в момент времени t₁ (фиг. 2г) на выходе частотного детектора 48 образуется короткий положительный импульс, а при скачке фазы - 180^o в момент времени t₂ (возвращение фазы опорного напряжения в первоначальное состояние) - короткий отрицательный импульс (фиг. 2е). Знакочередующие короткие импульсы с выхода частотного детектора 48 управляют работой триггера 49, выходное напряжение которого, в свою очередь, управляет работой балансного переключателя 50 с двумя устойчивыми положениями.When the phase of the reference voltage jumps by +180 ^o at the time t ₁ (Fig. 2d), a short positive pulse is generated at the output of the frequency detector 48, and when the phase jumps, 180 ^o at the time t ₂ (the reference voltage phase returns to its original state ) is a short negative impulse (Fig. 2e). Alternating short pulses from the output of the frequency detector 48 control the operation of the trigger 49, the output voltage of which, in turn, controls the operation of the balanced switch 50 with two stable positions.

В устойчивом режиме, когда фаза опорного напряжения совпадает, например, с нулевой фазой принимаемого ФМн-сигнала, на выходе триггера 48 образуется отрицательное напряжение и балансный переключатель 50 находится в своем первоначальном положении, при котором опорное напряжение U₅(t) с выхода узкополосного фильтра 43 поступает на второй (опорный) вход фазового детектора 44 без изменения.In the stable mode, when the phase of the reference voltage coincides, for example, with the zero phase of the received PSK signal, a negative voltage is generated at the output of the trigger 48 and the balance switch 50 is in its initial position at which the reference voltage U ₅ (t) from the output of the narrow-band filter 43 is fed to the second (reference) input of the phase detector 44 without change.

При скачкообразном изменении фазы опорного напряжения +180^o, обусловленном, например, неустойчивой работой делителя 42 частоты (фазы) на два под действием помех, триггер 49 положительным импульсом с выхода частотного детектора 48 в момент времени t₁ переводится в другое устойчивое состояние. При этом выходное напряжение триггера 49 в момент времени t₁ становится и остается положительным до очередного скачка фазы на -180^o в момент времени t₂, который возвращает фазу опорного напряжения в первоначальное состояние.When the phase of the reference voltage jumps +180 ^o due, for example, to the unstable operation of the frequency divider 42 (phase) by two under the influence of interference, the trigger 49 positive pulse from the output of the frequency detector 48 at time t _{1 is} transferred to another stable state. The output voltage of the trigger 49 at time t ₁ becomes and remains positive until the next phase jump at -180 ^o at time t ₂ , which returns the phase of the reference voltage to its original state.

Положительное выходное напряжение триггера 49 (фиг. 2ж) переводит балансный переключатель 50 в другое устойчивое положение, при котором опорное напряжение с выхода узкополосного фильтра 43 поступает на второй (опорный) вход фазового детектора 44 с изменением фазы на -180^o. Это позволяет устранить нестабильность фазы опорного напряжения, вызванную скачкообразным ее изменением под действием помех и связанную с ней "обратную работу" второго типа (фиг. 2з).The positive output voltage of the trigger 49 (Fig. 2g) transfers the balance switch 50 to another stable position, in which the reference voltage from the output of the narrow-band filter 43 is supplied to the second (reference) input of the phase detector 44 with a phase change of -180 ^o . This allows you to eliminate the instability of the phase of the reference voltage caused by its abrupt change under the influence of interference and the associated "reverse work" of the second type (Fig. 2C).

Следовательно, частотный детектор 48 обеспечивает обнаружение момента возникновения "обратной работы" второго типа, а триггер 49 и балансный переключатель 50 устраняют ее. При этом на выходе фазового детектора 44 образуется низкочастотное напряжение (фиг. 2и)
U_н(t) = V_н•cosΦ_k(t), 0≅t≅T_c,
где

коэффициент передачи фазового детектора;
соответствующее по форме модулирующему коду M(t) (фиг. 2а), т.е. является его аналогом. Указанное напряжение регистрируется блоком 45 регистрации. Данное напряжение содержит в цифровой форме данные о географических координатах места, где возник паводок или сель.Therefore, the frequency detector 48 provides detection of the moment of occurrence of "reverse operation" of the second type, and the trigger 49 and the balance switch 50 eliminate it. In this case, a low-frequency voltage is generated at the output of the phase detector 44 (Fig. 2i)
U _n (t) = V _n • cosΦ _k (t), 0≅t≅T _c ,
Where

gain of phase detector;
corresponding in form to the modulating code M (t) (Fig. 2a), i.e. is its counterpart. The indicated voltage is recorded by the registration unit 45. This voltage contains in digital form data on the geographical coordinates of the place where the flood or mudflow occurred.

Одновременно напряжение гетеродина 31 через открытый ключ 46 поступает на вход измерителя 47 частоты, где измеряется частота радиопередатчика, установленного в месте образования паводка или селя. At the same time, the voltage of the local oscillator 31 through the public key 46 is supplied to the input of the frequency meter 47, where the frequency of the radio transmitter installed in the place of the formation of the flood or mudflow is measured.

Для повышения достоверности приема сложного ФМн-сигнала последний дублируется несколько раз с интервалом 10 секунд (Т_и = 10 с). Это обеспечивается соответствующим выбором времени задержки τ_з линии 40 задержки. По истечении этого времени напряжение с выхода линии задержки поступает на вход сброса порогового блока 38 и сбрасывает его содержимое на нулевое значение. При этом звуковой сигнализатор 41 прекращает свою работу, а ключи 39 и 46 закрываются, т. е. переводятся в свои исходные состояния. С этого момента времени процесс просмотра заданного диапазона частот Df и поиск ФМн-сигналов продолжается. При обнаружении очередного ФМн-сигнала на другой несущей частоте работа устройства происходит аналогичным образом.To increase the reliability of receiving a complex QPSK signal, the latter is duplicated several times with an interval of 10 seconds (T _and = 10 s). This is ensured by appropriate selection of the delay time τ _{s of} the delay line 40. After this time, the voltage from the output of the delay line is fed to the reset input of the threshold block 38 and resets its contents to zero. At the same time, the sound signaling device 41 stops its operation, and the keys 39 and 46 are closed, i.e., are transferred to their initial states. From this point in time, the process of viewing a given frequency range Df and searching for PSK signals continues. When the next QPSK signal is detected at a different carrier frequency, the device operates in a similar way.

При дальнейшем поднятии воды в створе и затоплении чувствительного элемента 7 датчика 4 уровня срабатывает реле 10, его контакты 13 замыкаются и включают в схему мультивибратора 2 резистор 18. Включение резистора 18 в схему мультивибратора 2 переводят его работу в симметричный режим, реле 16 мультивибратора 2 срабатывает через равные интервалы времени, например в 1 секунду, и его контакты 17 замыкают цепь телеграфного ключа 22.2 радиопередатчика 1 через тот же интервал времени (Т_и = 1 с).With further raising of water in the alignment and flooding of the sensing element 7 of the level 4 sensor, the relay 10 is activated, its contacts 13 are closed and the resistor 18 is included in the multivibrator 2 circuit. The resistor 18 is turned on in the multivibrator 2 circuit and the multivibrator 2 relay 16 is activated at equal time intervals, for example, in 1 second, and its contacts 17 close the circuit of the telegraph key 22.2 of the radio transmitter 1 after the same time interval (T _and = 1 s).

При достижении уровня паводка или селя третьего значения затапливается чувствительный элемент 8 датчика 5, реле 11 срабатывает, его контактная пара 17 замыкает цепь телеграфного ключа 22.2 радиопередатчика 1, а контактная пара 15 подключает к аппарату резервный источник 19 питания. При замкнутой накоротко цепи телеграфного ключа 22.2 радиопередатчик 1 посылает в пространство непрерывный звуковой сигнал. When the flood or mudflow level of the third value is reached, the sensing element 8 of the sensor 5 is flooded, the relay 11 is activated, its contact pair 17 closes the circuit of the telegraph key 22.2 of the radio transmitter 1, and the contact pair 15 connects a backup power source 19 to the device. When the telegraph key circuit 22.2 is short-circuited, the radio transmitter 1 sends a continuous sound signal into space.

При спаде уровня воды или селя звуковые сигналы будут передаваться радиопередатчиком 1 в обратном порядке. When the water level or mudflow drops, sound signals will be transmitted by radio transmitter 1 in the reverse order.

Следовательно, данное устройство обеспечивает передачу на пункт оповещения не только звуковых сигналов, по характеру которых судят об уровне паводка или селя, но и данные о географических координатах места возникновения паводка или селя, чем повышается надежность оповещения населения о грозном стихийном бедствии. Это достигается использованием сложных ФМн-сигналов, обладающих повышенной устойчивостью к помехам, структурной и энергетической скрытностью. Consequently, this device provides the transmission to the notification point not only of sound signals, by the nature of which they judge the level of flood or mudflow, but also data on the geographical coordinates of the place of occurrence of the flood or mudflow, which increases the reliability of warning the population about a formidable natural disaster. This is achieved by using complex QPSK signals with increased resistance to interference, structural and energy stealth.

Использование сложных ФМн-сигналов позволяет применять новый вид селекции - структурную селекцию, которая обеспечивает более высокую помехоустойчивость и надежность выделения указанных сигналов среди других сигналов и помех, действующих в той же полосе частот и в те же промежутки времени. The use of complex QPSK signals allows the use of a new type of selection - structural selection, which provides higher noise immunity and reliability of the allocation of these signals among other signals and interference operating in the same frequency band and at the same time intervals.

Предлагаемое устройство по сравнению с базовым объектом и другими аналогичными устройствами обеспечивает повышение достоверности приема тревожной информации, передаваемой с помощью сложных ФМн-сигналов. Это достигается стабилизацией фазы опорного напряжения, выделяемого непосредственно из принимаемого ФМн-сигнала, и устранением тем самым явления "обратной работы" второго типа. The proposed device in comparison with the base object and other similar devices provides increased reliability of receiving alarm information transmitted using complex PSK signals. This is achieved by stabilizing the phase of the reference voltage extracted directly from the received PSK signal, and thereby eliminating the phenomenon of "reverse operation" of the second type.

Claims

A flood or village warning device containing three level sensors, in each of which a sensitive element is connected to one relay output, other relay outputs are combined and connected to the first power source, a multivibrator whose output is connected to a radio transmitter connected to the second power source through the make contact of the relay of the first level sensor, the make contact of the relay of the second level sensor is connected in series with the resistor to one of the arms of the multivibrator, one make contact of the relay of the third date the level sensor and the closing contacts of the multivibrator relay are designed to close the circuit of the telegraph key of the radio transmitter, the other closing contacts of the relay of the third level sensor are connected to a backup power source, the radio transmitter consisting of a serially connected master oscillator, telegraph key, phase manipulator, the second input of which is connected to the output of the generator a modulating code, a power amplifier and a transmitting antenna, and a radio receiver consisting of a series-connected receiving antenna, a mixer, an intermediate frequency amplifier, a frequency doubler, a second spectral width meter, a comparison unit, a threshold unit, a first key, a phase detector and a registration unit, the second input of the mixer is connected to the output of the threshold unit through a series-connected search unit and a local oscillator, and the second input of the comparison unit is the first spectral width meter is connected to the output of the intermediate frequency amplifier, the second input of the threshold block is connected through the delay line to its output, the second input of the first key is connected to the output house of an intermediate frequency amplifier, serially connected frequency divider into two and a narrow-band filter, serially connected second key and frequency meter are connected to the local oscillator output, the second input of the second key is connected to the output of the threshold block connected to the sound signaling device, the frequency divider input is intended for voltage from the output of the frequency doubler, characterized in that a frequency detector, a trigger and a balance switch are inserted into it, and between the output of a narrow-band filter pa and the second input of the phase detector is included balanced switch, the frequency detector output is used to control the operation of the trigger, the trigger is designed to control balanced switch frequency detector is designed to form an alternating short pulses at the phase change of the reference voltage emitted by the narrowband filter.