RU2349939C1 - Earthquake and tsunami warning system - Google Patents

Earthquake and tsunami warning system Download PDF

Info

Publication number
RU2349939C1
RU2349939C1 RU2007131050/28A RU2007131050A RU2349939C1 RU 2349939 C1 RU2349939 C1 RU 2349939C1 RU 2007131050/28 A RU2007131050/28 A RU 2007131050/28A RU 2007131050 A RU2007131050 A RU 2007131050A RU 2349939 C1 RU2349939 C1 RU 2349939C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
signal
amplifier
photodetector
pendulum
Prior art date
Application number
RU2007131050/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Иванович Дикарев (RU)
Виктор Иванович Дикарев
Александр Павлович Доронин (RU)
Александр Павлович Доронин
Владимир Васильевич Дрожжин (RU)
Владимир Васильевич Дрожжин
Алевтин Иванович Юнак (RU)
Алевтин Иванович Юнак
Андрей Александрович Свинарчук (RU)
Андрей Александрович Свинарчук
Original Assignee
Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского filed Critical Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского
Priority to RU2007131050/28A priority Critical patent/RU2349939C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2349939C1 publication Critical patent/RU2349939C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: physics; mining engineering.
SUBSTANCE: system contains hermetic enclosure with attached seismic vibration receiver and distributed mass pendulum, optoelectronic sensor of preset limit pendulum deviation. Pendulum consists of optically matched coherent light source and photodetector connected through photocurrent amplifier and frequency meter to alarm initiating detector. Optoelectronic sensor is represented with signal and reference fibre coils, optically connected through coherent light source and photodetector to interferometer. Herewith signal and reference fibre coils are embedded in the enclosure mounted on sea-bed, while coherent light source and photodetector are arranged in above-water control and record centre. Alarm initiating detector is designed as a transmitter provided in above-water control and record centre, satellite transponder and terrestrial station. Transmitter represents modulation code generator, phase-shift modulator, high-frequency generator, power amplifier and transmitting antenna. Terrestrial station consists of receiving antenna, high-frequency amplifier, mixer, heterodyne, intermediate-frequency amplifier, phase-shift keying signal demodulator, registration unit, audible warning device. Phase-shift keying signal demodulator contains delay line, the first, second and third adders, the first and second amplitude detectors, phase inverter.
EFFECT: higher reliability of system.
3 dwg

Description

Предлагаемая система относится к подводной геоакустике и может быть использована для предупреждения о землетрясениях и цунами с помощью включения соответствующих систем сигнализации.The proposed system relates to underwater geoacoustics and can be used to warn of earthquakes and tsunamis by turning on the appropriate alarm systems.

Известны устройства и системы для предупреждения о землетрясениях и цунами (авт. свид. СССР №914702, 1070497, 1163287, 1198142, 1584585; патенты РФ №2034312, 2097792, 2124744, 2147060, 2156988, 2238574, 2290671; патенты США №4214238, 4587859, 4691661, 5124915, 5556229; патенты Великобритании №1163173, 2183038; Соловьев С.Л., Бурымская Р.И. Оценка эффективности новых признаков цунамигенности землетрясений. Изв. АНСССР, серия «Физика земли», 1981, №8 и другие).Known devices and systems for warning of earthquakes and tsunamis (ed. Certificate of the USSR No. 914702, 1070497, 1163287, 1198142, 1584585; RF patents No. 2034312, 2097792, 2124744, 2147060, 2156988, 2238574, 2290671; US patents No. 42859238, 458787238, 4587). , 4691661, 5124915, 5556229; UK patents No. 1163173, 2183038; Soloviev S.L., Burymskaya R.I. Evaluation of the effectiveness of new signs of earthquake tsunamigenicity. Izv. ANSSSR, Physics of the Earth series, 1981, No. 8 and others).

Из известных устройств и систем наиболее близким к предлагаемой является «Система для предупреждения о землетрясениях и цунами» (патент РФ №2290671, G01V 1/16, 2005), которая и выбрана в качестве прототипа.Of the known devices and systems closest to the proposed is the "System for warning of earthquakes and tsunamis" (RF patent No. 2290671, G01V 1/16, 2005), which is selected as a prototype.

Указанная система содержит ИСЗ-ретранслятор, сейсмический триггер, передатчик и наземную станцию, в состав которой входит демодулятор ФМн-сигнала, состоящий из перемножителей, узкополосного фильтра и фильтра нижних частот. Последовательно включенные перемножитель и фильтр нижних частот образуют фазовый детектор.The specified system contains an AES repeater, a seismic trigger, a transmitter, and a ground station, which includes an FMK signal demodulator consisting of multipliers, a narrow-band filter, and a low-pass filter. Serially connected multiplier and low-pass filter form a phase detector.

Недостатком данной системы является наличие перемножителей, имеющих малый динамический диапазон входных сигналов, ограниченную полосу пропускания и малую крутизну, которые ухудшают отношение сигнал/шум при уровнях сигналов, сравнимых с уровнем собственных шумов приемника.The disadvantage of this system is the presence of multipliers having a small dynamic range of input signals, limited bandwidth and low slope, which degrade the signal-to-noise ratio at signal levels comparable to the level of the receiver's own noise.

Кроме того, наличие продуктов перемножения (гармоник высших порядков) снижает КПД приемника и требует установки фильтров, выделяющих полезную информацию.In addition, the presence of multiplication products (higher-order harmonics) reduces the efficiency of the receiver and requires the installation of filters that highlight useful information.

Все это, в конечном итоге, приводит к снижению достоверности передачи тревожной информации для предупреждения о землетрясениях и цунами и, как следствие, к снижению надежности радиоканала.All this, ultimately, leads to a decrease in the reliability of the transmission of alarming information to warn about earthquakes and tsunamis and, as a result, to a decrease in the reliability of the radio channel.

Технической задачей изобретения является повышение надежности радиоканала путем увеличения динамического диапазона входных сигналов и улучшения отношения сигнал/шум при приеме слабых сигналов.An object of the invention is to increase the reliability of the radio channel by increasing the dynamic range of the input signals and improving the signal-to-noise ratio when receiving weak signals.

Поставленная задача решается тем, что система для предупреждения о землетрясениях и цунами, содержащая в соответствии с ближайшим аналогом герметичный корпус с прикрепленными к его нижней части приемником сейсмических колебаний, а к верхней - маятником с распределенной массой, а также оптоэлектронный датчик наперед заданного предельного значения отклонения маятника, включающего в себя оптически согласованные источник когерентного света и фотоприемник, подключенный выходом через последовательно соединенные усилитель фототока и частотомер к сигнализатору тревоги, при этом оптоэлектронный датчик наперед заданного предельного значения отклонения маятника выполнен в виде сигнальной и опорной волоконных катушек, оптически связанных через источник когерентного света и фотоприемник в интерферометр, сигнальная и опорная волоконные катушки расположены в корпусе, установленном на морском дне, соответственно на и вне траектории отклонения маятника от положения равновесия, а источник когерентного света и фотоприемник расположены на надводном центре управления и регистрации, сигнализатор тревоги выполнен в виде передатчика, установленного на надводном центре управления и регистрации, ИС3-ретранслятора и наземной станции, передатчик выполнен в виде последовательно подключенных к выходу частотомера формирователя модулирующего кода, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом генератора высокой частоты, усилителя мощности и передающей антенны, наземная станция выполнена в виде последовательно включенных приемной антенны, усилителя высокой частоты, смесителя, второй вход которого соединен с выходом гетеродина, усилителя промежуточной частоты, демодулятора ФМн-сигнала, к выходу которого подключены блок регистрации и звуковой сигнализатор, отличается от ближайшего аналога тем, что демодулятор ФМн-сигнала выполнен в виде последовательно подключенных к выходу усилителя промежуточной частоты линии задержки, первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, первого амплитудного детектора и третьего сумматора, к выходу которого подключены блок регистрации и звуковой сигнализатор, последовательно подключенных к выходу линии задержки фазоинвертора, второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, и второго амплитудного детектора, выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора.The problem is solved in that a system for warning of earthquakes and tsunamis, containing, in accordance with the closest analogue, a sealed enclosure with a seismic oscillation receiver attached to its lower part and a distributed pendulum to the upper part, as well as an optoelectronic sensor with a predetermined deviation limit value a pendulum that includes an optically matched coherent light source and a photodetector connected by an output through a series-connected photo current amplifier and the isomer to the alarm, while the optoelectronic sensor of the predetermined limit value of the pendulum deviation is made in the form of a signal and reference fiber coils optically coupled through a coherent light source and a photodetector to an interferometer, the signal and reference fiber coils are located in a housing mounted on the seabed, respectively on and off the trajectory of the pendulum deviation from the equilibrium position, and the coherent light source and photodetector are located on the surface control center and register The alarm indicator is made in the form of a transmitter installed on a surface control and registration center, an IS3 repeater and a ground station, the transmitter is made in the form of a modulator code generator, a phase manipulator connected in series to the output of the frequency meter, the second input of which is connected to the output of the high frequency generator, power amplifier and transmitting antenna, the ground station is made in the form of a series-connected receiving antenna, high-frequency amplifier, mixer, the second input of which it is single with the output of the local oscillator, the intermediate frequency amplifier, the FMN signal demodulator, to the output of which the recording unit and the sound signaling device are connected, differs from the closest analogue in that the FMN signal demodulator is made in the form of a delay line, the first adder connected in series to the output of the intermediate frequency amplifier , the second input of which is connected to the output of the intermediate frequency amplifier, the first amplitude detector and the third adder, to the output of which a recording unit and an audio signal are connected ator sequentially connected to the output of delay line phase inverter, a second adder, a second input coupled to an output of intermediate frequency amplifier, and the second amplitude detector, whose output is connected to a second input of the third adder.

Структурная схема сейсмического триггера и передатчика представлена на фиг.1. Структурная схема наземной станции представлена на фиг.2. Временные диаграммы, поясняющие принцип работы системы, изображены на фиг.3.The structural diagram of the seismic trigger and transmitter is presented in figure 1. The structural diagram of the ground station is presented in figure 2. Timing diagrams explaining the principle of the system are shown in Fig.3.

Сейсмический триггер содержит герметический корпус 1 (фиг.1) с прикрепленным к его нижней части приемником 2 сейсмических колебаний, выполненным в виде традиционного штыря, втыкаемого в грунт морского дна 3. К верхней части герметичного корпуса 1 подвешен маятник 4 с распределенной массой. В состав триггера также входит оптоэлектронный датчик наперед заданного предельного значения отклонения маятника 4, выполненный в виде сигнальной и опорной волоконных катушек 5 и 6, оптически связанных с источником 7 когерентного света и фотоприемником 8 в интерферометр, например, собранный по схеме Маха-Цендера. Сигнальная катушка 5 интерферометра расположена на траектории отклонения маятника 4 от положения равновесия, а опорная катушка 6 - вне траектории отклонения маятника 4. Выход фотоприемника 8 подключен через последовательно соединенные усилитель 9 фототока и частотомер 10 к сигнализатору тревоги.The seismic trigger contains a sealed housing 1 (Fig. 1) with a receiver 2 of seismic vibrations attached to its lower part, made in the form of a traditional pin stuck into the soil of the seabed 3. A pendulum 4 with a distributed mass is suspended from the upper part of the sealed housing 1. The trigger also includes an optoelectronic sensor at a predetermined limit value of the deviation of the pendulum 4, made in the form of signal and reference fiber coils 5 and 6, optically coupled to a coherent light source 7 and a photodetector 8 into an interferometer, for example, assembled according to the Mach-Zehnder scheme. The signal coil 5 of the interferometer is located on the trajectory of the deviation of the pendulum 4 from the equilibrium position, and the reference coil 6 is outside the trajectory of the deviation of the pendulum 4. The output of the photodetector 8 is connected through a series-connected amplifier 9 of the photocurrent and frequency counter 10 to the alarm signaling device.

Волоконные катушки 5 и 6 интерферометра закреплены непосредственно в герметичном корпусе 1, а остальные элементы триггера расположены на надводном центре управления и регистрации. Связь подводной части сейсмического триггера с надводной осуществляется по кабель-троссу 11.The fiber coils 5 and 6 of the interferometer are mounted directly in the sealed enclosure 1, and the remaining trigger elements are located on the surface control and registration center. The connection of the underwater part of the seismic trigger with the surface is carried out by cable 11.

Передатчик 17 выполнен в виде последовательно подключенных к выходу частотомера 10 формирователя 12 модулирующего кода, фазового манипулятора 14, второй вход которого соединен с выходом генератора 13 высокой частоты, усилителя 15 мощности и передающей антенны 16.The transmitter 17 is made in the form of series-connected to the output of the frequency counter 10 of the shaper 12 of the modulating code, phase manipulator 14, the second input of which is connected to the output of the high-frequency generator 13, power amplifier 15 and transmitting antenna 16.

Наземная станция выполнена в виде последовательно включенных приемной антенны 19, усилителя 20 высокой частоты, смесителя 22, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 21, усилителя 23 промежуточной частоты, линии 25 задержки, первого сумматора 27, второй вход которого соединен с выходом усилителя 23 промежуточной частоты, первого амплитудного детектора 31 и третьего сумматора 33, к выходу которого подключены блок 29 регистрации и звуковой сигнализатор 30, последовательно подключенных к выходу линии 25 задержки фазоинвертора 26, второго сумматора 28, второй вход которого соединен с выходом усилителя 23 промежуточной частоты, и второго амплитудного детектора 32, выход которого соединен со вторым входом третьего сумматора 33. Линия 25 задержки, фазоинвертор 26, сумматоры 27, 28 и 33 и амплитудные детекторы 31, 32 образуют демодулятор 24 ФМн-сигнала.The ground station is made in the form of series-connected receiving antenna 19, high-frequency amplifier 20, mixer 22, the second input of which is connected to the output of the local oscillator 21, the intermediate frequency amplifier 23, the delay line 25, the first adder 27, the second input of which is connected to the output of the intermediate amplifier 23 frequency, the first amplitude detector 31 and the third adder 33, the output of which is connected to the recording unit 29 and an audible warning device 30, connected in series to the output of the delay line 25 of the bass reflex 26, of the second sum ator 28, the second input of which is connected to the output of the intermediate frequency amplifier 23, and the second amplitude detector 32, the output of which is connected to the second input of the third adder 33. Delay line 25, phase inverter 26, adders 27, 28 and 33 and amplitude detectors 31, 32 form demodulator 24 FMN signal.

Связь сейсмического триггера с наземной станцией осуществляется с помощью радиоканала через ИС3-ретранслятор 18.The connection of the seismic trigger with the ground station is carried out using the radio channel through the IS3 relay 18.

Волоконная катушка 5 выполнена с возможностью смещения в корпус 1 вдоль маятника 4 с распределенной массой. Для устранения влияния акустических шумов на работу триггера волоконные катушки 5 и 6 покрывают звуконепроницаемой оболочкой.The fiber spool 5 is biased into the housing 1 along the pendulum 4 with a distributed mass. To eliminate the influence of acoustic noise on the operation of the trigger, the fiber coils 5 and 6 are covered with a soundproof sheath.

Система для предупреждения о землетрясениях и цунами работает следующим образом.The system for warning of earthquakes and tsunamis works as follows.

При появлении в районе морского дна 3 землетрясений или цунами сейсмический приемник 2, являющийся одновременно и якорем корпуса 1, воспринимает ускорения, вызванные воздействием подземных толчков на сейсмический триггер. Маятник 4 с распределенной массой в ответ на землетрясение приходит в колебательное движение.When 3 earthquakes or tsunamis occur near the seabed, seismic receiver 2, which is also the anchor of building 1, senses accelerations caused by the effects of tremors on the seismic trigger. A pendulum 4 with a distributed mass in response to an earthquake comes into oscillatory motion.

Если подземные толчки достигают определенной амплитуды, отклонение маятника 4 достигает критической величины, при которой он ударяет о сигнальную катушку 5. На выходе фотоприемника 8 при этом появится сигнал в виде последовательности интерференционных пиков. После усиления фототока в усилителе 9 частотомер 10 считает частоту и количество интерференционных пиков, которые поступают в формирователь 12, где формируется модулирующий код M(f) (фиг.3, б), содержащий частоту и количество интерференционных пиков, а также номер сейсмического триггера и его местоположение. Этот код поступает на первый вход фазового манипулятора 14, на второй вход которого подается гармоническое колебание с выхода генератора 13 высокой частоты (фиг.3, а)If the tremors reach a certain amplitude, the deviation of the pendulum 4 reaches a critical value at which it hits the signal coil 5. At the output of the photodetector 8, a signal appears in the form of a sequence of interference peaks. After amplifying the photocurrent in amplifier 9, the frequency counter 10 counts the frequency and number of interference peaks that enter the driver 12, where a modulating code M (f) is generated (Fig. 3, b) containing the frequency and number of interference peaks, as well as the number of the seismic trigger and its location. This code is fed to the first input of the phase manipulator 14, to the second input of which harmonic oscillation is output from the output of the high-frequency generator 13 (Fig. 3, a)

uc(t)=Uc·cos(ωct+φc), 0≤t≤Tc,u c (t) = U c cos (ω c t + φ c ), 0≤t≤T c ,

где Uc, ωc, φc, Tc - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность гармонического колебания.where U c , ω c , φ c , T c - amplitude, carrier frequency, initial phase and duration of harmonic oscillation.

На выходе фазового манипулятора 14 образуется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн) (фиг.3, в)At the output of the phase manipulator 14, a complex signal with phase shift keying (QPSK) is generated (Fig. 3, c)

u1(t)=Uc·cos[ωct+φk(t)+φc], 0≤t≤Tc u 1 (t) = U c · cos [ω c t + φ k (t) + φ c ], 0≤t≤T c

где φк={0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом М(t) (фиг.3, б), причем φк(t)=const при кτэ<t<(к+1)τэ и может изменяться скачком при f=кτэ, т.е. на границах между элементарными посылками (к=1,2,…,N-1);where φ к = {0, π} is the manipulated phase component that displays the phase manipulation law in accordance with the modulating code M (t) (Fig. 3, b), and φ к (t) = const for kτ e <t <( k + 1) τ e and can change stepwise at f = kτ e , i.e. at the borders between elementary premises (k = 1,2, ..., N-1);

τэ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Тсс=N·τэ),который после усиления в усилителе 15 мощности излучается передающей антенной 16 в эфир, ретранслируется ИСЗ-ретранслятором 18 с сохранением фазовых соотношений, улавливается приемной антенной 19 наземной станции и через усилитель 20 высокой частоты поступает на первый вход смесителя 22, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 21τ e, N - duration and the number of chips of the composing signal of duration T c (T c = N · τ e), which after amplification in the amplifier 15, the power radiated by the transmitting antenna 16 in ether is relayed HIS the relay 18 while maintaining phase ratios, is captured by the receiving antenna 19 of the ground station and through the high-frequency amplifier 20 is fed to the first input of the mixer 22, to the second input of which the local oscillator voltage 21

uг(t)=Uг·cos(ωгt+φг).u g (t) = U g cos (ω g t + φ g ).

На выходе смесителя 22 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 23 выделяется напряжение промежуточной частоты (фиг.3, г)At the output of the mixer 22, voltages of combination frequencies are generated. The amplifier 23 is allocated an intermediate frequency voltage (figure 3, g)

uпр(t)=Uпр·cos[ωпрt+φк(t)+φпр], 0≤t≤Tc u pr (t) = U pr · cos [ω pr t + φ k (t) + φ pr ], 0≤t≤T c

где

Figure 00000001
Where
Figure 00000001

К1 - коэффициент передачи смесителя;To 1 - gear ratio of the mixer;

ωпрсг - промежуточная частота;ω CR = ω withg is the intermediate frequency;

φпрсг, которое поступает на вход демодулятора 24 ФМн-сигнала.φ CR = φ sg , which is fed to the input of the demodulator 24 FMN signal.

Время задержки τз линии 25 задержки выбирается равным длительности τэ элементарных посылок (τзэ).The delay time τ s of the delay line 25 is chosen equal to the duration τ e of the elementary premises (τ s = τ e ).

Сложный ФМн-сигнал промежуточной частоты uпр(t) (фиг.3, г) с выхода усилителя 23 промежуточной частоты одновременно поступает на вход линии 25 задержки и на первые входы первого 27 и второго 28 сумматоров, на вторые входы которых подается тот же ФМн-сигнал промежуточной частоты с выхода линии 25 задержки, задержанный на время τзэ. Причем на второй вход второго сумматора 28 сложный ФМн-сигнал промежуточной частоты поступает сдвинутым по фазе на π относительно первого сумматора 27.The composite QPSK signal of the intermediate frequency u pr (t) (Fig. 3, d) from the output of the intermediate frequency amplifier 23 simultaneously arrives at the input of the delay line 25 and to the first inputs of the first 27 and second 28 adders, the second QPSK - an intermediate frequency signal from the output of the delay line 25, delayed by the time τ s = τ e . Moreover, to the second input of the second adder 28, the complex QPSK signal of the intermediate frequency arrives shifted in phase by π relative to the first adder 27.

Следовательно, на первый 27 и второй 28 сумматоры поступают незадержанные и задержанные на длительность τэ элементарной посылки ФМн-сигналы промежуточной частоты. В указанных сумматорах происходит суммирование незадержанного и задержанного ФМн-сигналов синфазно и противофазно, т.е. на одном из сумматоров ФМн-сигналы складываются, а на другом - вычитаются. При равенстве амплитуд задержанного и незадержанного ФМн-сигналов на выходе сумматоров 27 и 28 напряжение или удваивается, или становится равным нулю, т.е. происходит замена фазовых соотношений между символами кода амплитудными. С выходов сумматоров 27 и 28 сигналы поступают на амплитудные детекторы 31 и 32 противоположной полярности соответственно. Продетектированные сигналы подаются на сумматор 33.Consequently, the first 27 and second 28 adders receive unstoppable and delayed for the duration τ e elementary transmission PSK signals of intermediate frequency. In these adders, the sum of the delayed and delayed PSK signals is in phase and out of phase, i.e. On one of the adders, the PSK signals are added, and on the other, they are subtracted. If the amplitudes of the delayed and uncontrolled QPSK signals at the output of the adders 27 and 28 are equal, the voltage either doubles or becomes equal to zero, i.e. phase relations between amplitude code symbols are replaced. From the outputs of the adders 27 and 28, the signals are fed to amplitude detectors 31 and 32 of opposite polarity, respectively. The detected signals are fed to the adder 33.

В силу того что сигналы разнесены во времени и имеют разную полярность, то на выходе сумматора 33 образуется разнополярный видеосигнал (фиг.3, д). Положительный видеосигнал соответствует разности фаз задержанной и незадержанной элементарных посылок, равной нулю, и отрицательный - разности фаз, равной π.Due to the fact that the signals are separated in time and have different polarity, then at the output of the adder 33 a bipolar video signal is generated (Fig. 3, e). A positive video signal corresponds to a phase difference of delayed and uncontrolled chips equal to zero, and a negative video signal corresponds to a phase difference of π.

Схема, состоящая из амплитудных детекторов 31, 32 и сумматора 33, работает, как схема отбора по максимуму. Это не ухудшает отношения сигнал/шум на выходе сумматора 33, так как один из амплитудных детекторов, например 31, оказывается «запертым» сигналом другого амплитудного детектора 32.A circuit consisting of amplitude detectors 31, 32 and an adder 33 operates as a maximum selection circuit. This does not degrade the signal-to-noise ratio at the output of the adder 33, since one of the amplitude detectors, for example 31, turns out to be a "locked" signal of the other amplitude detector 32.

Видеосигнал (фиг.3, д)The video signal (figure 3, d)

uн(t)=UΣ·cosφк(t),0≤t≤Tc, пропорциональный модулирующему коду М(t) (фиг.3, б), с выхода сумматора 33 поступает на входы блока 29 регистрации и звукового сигнализатора 30. Последний воспроизводит звуковой сигнал тревоги о возникновении землетрясения и цунами, а по зарегистрированному видеосигналу судят о местоположении и силе землетрясения и цунами.u n (t) = U Σ · cosφ k (t), 0≤t≤T c , proportional to the modulating code M (t) (Fig. 3, b), from the output of the adder 33 is fed to the inputs of the registration unit 29 and the sound signaling device 30. The latter plays an audible alarm about the occurrence of an earthquake and tsunami, and the recorded video signal judges the location and strength of the earthquake and tsunami.

Предлагаемый демодулятор ФМн-сигналов также свободен от явления «обратной работы», присущего известным устройствам выделения опорного напряжения непосредственного из самого принимаемого ФМн-сигнала (схемы Пистолькорса А.А., Сифорова В.И., Костаса Д.Ф., Травина Г.А. и другие).The proposed demodulator of QPSK signals is also free from the phenomenon of “reverse operation” inherent in known devices for extracting the reference voltage directly from the received QPSK signal (Pistolkors A.A., Siforov V.I., Kostas D.F., Travina G. A. and others).

Система использует радиоканал и сложные сигналы с фазовой манипуляцией.The system uses a radio channel and complex signals with phase shift keying.

Указанные сигналы открывают новые возможности в технике передачи тревожной информации. Они позволяют применять новый вид селекции - структурную селекцию. Это значит, что появляется новая возможность разделять сигналы, действующие в одной и той же полосе частот и в одни и те же промежутки времени. Принципиально можно отказаться от традиционного метода разделения рабочих частот используемого диапазона между работающими сейсмическими триггерами и селекцией их на наземной станции с помощью частотных фильтров. Его можно заменить новым методом, основанным на одновременной работе каждого сейсмического триггера во всем диапазоне частот сигналами с фазовой манипуляцией с выделением радиоприемным устройством сигнала необходимого сейсмического триггера посредством его структурной селекции.These signals open up new possibilities in the technique of transmitting alarm information. They allow you to apply a new type of selection - structural selection. This means that there is a new opportunity to separate signals operating in the same frequency band and at the same time intervals. In principle, you can abandon the traditional method of dividing the operating frequencies of the used range between working seismic triggers and selecting them at a ground station using frequency filters. It can be replaced by a new method based on the simultaneous operation of each seismic trigger in the entire frequency range with phase-shift signals with the radio receiving device extracting the signal of the necessary seismic trigger through its structural selection.

К числу других проблем, от решения которых в значительной мере зависит дальнейший прогресс средств радиосвязи сейсмических триггеров с наземной станцией, следует отнести проблему установления надежной связи между сейсмическими триггерами и наземной станцией через ИС3-ретранслятор при наличии многолучевого характера распространения радиоволн. Наличие многолучевого характера распространения радиоволн приводит к искажению принимаемых ФМн-сигналов, что затрудняет прием и снижает достоверность передачи тревожной информации для предупреждения о землетрясении и цунами.Among other problems, the solution of which largely determines the further progress of the radio communications of seismic triggers with a ground station, should include the problem of establishing reliable communication between seismic triggers and a ground station via an IS3 repeater in the presence of a multipath nature of radio wave propagation. The presence of the multipath nature of the propagation of radio waves leads to a distortion of the received PSK signals, which complicates the reception and reduces the reliability of the transmission of alarm information to warn of earthquakes and tsunamis.

Попытки преодолеть вредное влияние многолучевости предпринимаются уже давно. К ним можно отнести разнесенный прием, селекцию сигналов по времени и углу прихода, корректирующее кодирование и некоторые другие методы. Однако все они не дают принципиального решения проблемы.Attempts to overcome the harmful effects of multipath have been made for a long time. These include diversity reception, signal selection by time and angle of arrival, corrective coding, and some other methods. However, all of them do not provide a fundamental solution to the problem.

Сложный ФМн-сигнал благодаря своим хорошим корреляционным свойствам может быть «свернут» в узкий импульс, длительность которого обратно пропорциональна используемой ширине полосы частот. Выбирая такую полосу частот, чтобы длительность «свернутого» импульса была меньше времени запаздывания, можно осуществить раздельный прием импульсов, приходящих в точку приема различными путями, а суммируя их энергию, можно, кроме того, повысить помехоустойчивость приема сложных ФМн-сигналов. Тем самым указанная проблема получает принципиальное разрешение.Due to its good correlation properties, a complex QPSK signal can be “folded” into a narrow pulse, the duration of which is inversely proportional to the used bandwidth. Choosing such a frequency band so that the duration of the “folded” pulse is less than the delay time, it is possible to separately receive pulses arriving at the receiving point in various ways, and by summing their energy, it is also possible to increase the noise immunity of complex QPSK signals. Thus, the indicated problem gets a fundamental solution.

С точки зрения обнаружения сложные ФМн-сигналы обладают высокой энергетической и структурной скрытностью.From the point of view of detection, complex QPSK signals have high energy and structural secrecy.

Энергетическая скрытность данных сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени и по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого сложный 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.The energy secrecy of these signals is due to their high compressibility in time and spectrum with optimal processing, which reduces the instantaneous radiated power. As a result, a complex QPSK signal at the receiving point may be masked by noise and interference. Moreover, the energy of a complex QPSK signal is by no means small; it is simply distributed over the time-frequency domain so that at each point of this region the signal power is less than the power of noise and interference.

Структурная скрытность сложных ФМн-сигналов обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку сложных ФМн-сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемника.The structural secrecy of complex QPSK signals is due to the wide variety of their shapes and significant ranges of parameter changes, which makes it difficult to optimize or at least quasi-optimal processing of complex QPSK signals of an a priori unknown structure in order to increase the sensitivity of the receiver.

Для выделения аналога модулирующего кода из принимаемого ФМн-сигнала используется демодулятор, свободный от явления «обратной» работы.To extract an analog of the modulating code from the received QPSK signal, a demodulator is used, free from the phenomenon of “reverse” operation.

Таким образом, предлагаемая система по сравнению с прототипом обеспечивает повышение надежности радиоканала. Это достигается путем увеличения динамического диапазона входных сигналов и улучшения отношения сигнал/шум при приеме слабых сигналов.Thus, the proposed system in comparison with the prototype provides increased reliability of the radio channel. This is achieved by increasing the dynamic range of the input signals and improving the signal-to-noise ratio when receiving weak signals.

Сумматоры, выполненные, например, на резисторах, практически безынерционны, а постоянную времени амплитудных детекторов можно сделать очень малой.Adders made, for example, on resistors, are practically inertia-free, and the time constant of amplitude detectors can be made very small.

Кроме того, отсутствие комбинационных составляющих высших порядков, которые возникают при перемножении и потере в отношении сигнал/шум при слабых сигналах, позволяет повысить технические характеристики предлагаемой системы.In addition, the absence of higher-order combinational components that arise during multiplication and loss in the signal-to-noise ratio with weak signals makes it possible to increase the technical characteristics of the proposed system.

Claims (1)

Система для предупреждения о землетрясениях и цунами, содержащая герметичный корпус с прикрепленными к его нижней части приемником сейсмических колебаний, а к верхней - маятником с распределенной массой, а также оптоэлектронный датчик наперед заданного предельного значения отклонения маятника, включающего в себя оптически согласованные источник когерентного света и фотоприемник, подключенный выходом через последовательно соединенные усилитель фототока и частотомер к сигнализатору тревоги, при этом оптоэлектронный датчик наперед заданного предельного значения отклонения маятника выполнен в виде сигнальной и опорной волоконных катушек, оптически связанных через источник когерентного света и фотоприемник в интерферометр, сигнальная и опорная волоконные катушки расположены в корпусе, установленном на морском дне, соответственно на и вне траектории отклонения маятника от положения равновесия, а источник когерентного света и фотоприемник расположены на надводном центре управления и регистрации, сигнализатор тревоги выполнен в виде передатчика, установленного на надводном центре управления и регистрации, ИСЗ-ретранслятора и наземной станции, передатчик выполнен в виде последовательно подключенных к выходу частотомера формирователя модулирующего кода, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом генератора высокой частоты, усилителя мощности и передающей антенны, наземная станция выполнена в виде последовательно включенных приемной антенны, усилителя высокой частоты, смесителя, второй вход которого соединен с выходом гетеродина, усилителя промежуточной частоты и демодулятора ФМн-сигнала, к выходу которого подключены блок регистрации и звуковой сигнализатор, отличающаяся тем, что демодулятор ФМн-сигнала выполнен в виде последовательно подключенных к выходу усилителя промежуточной частоты линии задержки, первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, первого амплитудного детектора и третьего сумматора, к выходу которого подключены блок регистрации и звуковой сигнализатор, последовательно подключенных к выходу линии задержки фазоинвертора, второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, и второго амплитудного детектора, выход которого соединен с вторым входом третьего сумматора. An earthquake and tsunami warning system, comprising a sealed enclosure with a seismic oscillation receiver attached to its lower part and a distributed mass pendulum to the upper one, as well as an optoelectronic sensor with a predetermined limit value of the pendulum deviation, which includes an optically matched coherent light source and a photodetector connected by an output through a series-connected photo-current amplifier and frequency counter to an alarm, while the optoelectronic sensor of this limit value, the pendulum deviation is made in the form of a signal and reference fiber coils optically coupled through a coherent light source and a photodetector to an interferometer, the signal and reference fiber coils are located in a housing mounted on the seabed, respectively, on and outside the trajectory of the pendulum deviation from the equilibrium position, and the coherent light source and photodetector are located on the surface control and registration center, the alarm signal device is made in the form of a transmitter mounted on a surface control and registration center, a satellite repeater and a ground station, the transmitter is made in the form of a modulator code generator, a phase manipulator connected in series to the output of the frequency meter, the second input of which is connected to the output of a high frequency generator, power amplifier and transmitting antenna, the ground station is made in the form series-connected receiving antenna, high-frequency amplifier, mixer, the second input of which is connected to the output of the local oscillator, the intermediate frequency amplifier and demodulate ora of the QPSK signal, the output of which is connected to a recording unit and an audio signaling device, characterized in that the QPSK demodulator is made in the form of a delay line, a first adder, the second input of which is connected to the output of the intermediate frequency amplifier, to the output of the intermediate frequency amplifier an amplitude detector and a third adder, to the output of which a recording unit and an audible alarm are connected, connected in series to the output of the delay line of the phase inverter, the second adder , A second input coupled to an output of intermediate frequency amplifier, and the second amplitude detector, whose output is connected to a second input of the third adder.
RU2007131050/28A 2007-08-14 2007-08-14 Earthquake and tsunami warning system RU2349939C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007131050/28A RU2349939C1 (en) 2007-08-14 2007-08-14 Earthquake and tsunami warning system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007131050/28A RU2349939C1 (en) 2007-08-14 2007-08-14 Earthquake and tsunami warning system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2349939C1 true RU2349939C1 (en) 2009-03-20

Family

ID=40545403

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007131050/28A RU2349939C1 (en) 2007-08-14 2007-08-14 Earthquake and tsunami warning system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2349939C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2454686C1 (en) * 2011-03-22 2012-06-27 Открытое акционерное общество "Авангард" Tsunami hazard evaluation method and device for realising said method
RU2464594C2 (en) * 2010-07-26 2012-10-20 Учреждение Российской академии наук Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения РАН Method of estimating main characteristics of anticipated strong tsunamigenic earthquake and system for realising said method
RU2485454C2 (en) * 2011-06-24 2013-06-20 Общество с ограниченной ответственностью "Инновационное предприятие "НЦВО-ФОТОНИКА" (ООО ИП "НЦВО-Фотоника") Distributed fibre-optic system of vibroacoustic signals registration
RU2503980C2 (en) * 2011-09-21 2014-01-10 Вячеслав Адамович Заренков System for determining water surface vibrations
RU2589492C1 (en) * 2015-05-27 2016-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Fibre-optic device of long length with low-power source for detecting vibration action
CN109298452A (en) * 2018-09-12 2019-02-01 国家海洋局第海洋研究所 A kind of satellite transmission submarine earthquake detection device

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2464594C2 (en) * 2010-07-26 2012-10-20 Учреждение Российской академии наук Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения РАН Method of estimating main characteristics of anticipated strong tsunamigenic earthquake and system for realising said method
RU2454686C1 (en) * 2011-03-22 2012-06-27 Открытое акционерное общество "Авангард" Tsunami hazard evaluation method and device for realising said method
RU2485454C2 (en) * 2011-06-24 2013-06-20 Общество с ограниченной ответственностью "Инновационное предприятие "НЦВО-ФОТОНИКА" (ООО ИП "НЦВО-Фотоника") Distributed fibre-optic system of vibroacoustic signals registration
RU2503980C2 (en) * 2011-09-21 2014-01-10 Вячеслав Адамович Заренков System for determining water surface vibrations
RU2589492C1 (en) * 2015-05-27 2016-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) Fibre-optic device of long length with low-power source for detecting vibration action
CN109298452A (en) * 2018-09-12 2019-02-01 国家海洋局第海洋研究所 A kind of satellite transmission submarine earthquake detection device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2349939C1 (en) Earthquake and tsunami warning system
EP2699942B1 (en) Enhancing low frequency content in marine simultaneous vibroseis aquisition
US11567351B2 (en) Methods for computation-free wideband spectral correlation and analysis
KR101043882B1 (en) Method of obtaining information concerning rf receiver and system
US4799201A (en) Methods and apparatus for reducing correlation sidelobe interference in seismic profiling systems
US10527717B2 (en) Binary phase shift keying (BPSK) on orthogonal carriers for multi-channel IM-CW CO2 absorption or Lidar/Radar/Sonar mapping applications
Kasahara et al. On the statistical correlation between the ionospheric perturbations as detected by subionospheric VLF/LF propagation anomalies and earthquakes
RU2290671C1 (en) System for providing warnings about earthquakes and tsunami by enabling appropriate signaling systems
RU2196312C2 (en) Facility to search for point of leakage in trunk pipe-line
RU2405176C2 (en) Drift buoy hydroacoustic station to reveal signs of large earthquake and tsunami
RU2503980C2 (en) System for determining water surface vibrations
RU2319984C2 (en) System for definition of the vibrations of water surface
Bergadà et al. Polarization diversity in a long-haul transequatorial HF link from Antarctica to Spain
RU2447509C1 (en) Device for antivehicle mines detection
JP3629464B2 (en) Modulation signal source direction detection method and apparatus
RU2571390C1 (en) Method of transmitting discrete information via hydroacoustic link in multibeam signal propagation conditions
Kingsley On the possibilities for detecting radio emissions from earthquakes
US4384364A (en) Quadrature modulation arrangement with enhanced dynamic amplification range
Thomson Reflection of VLF radio waves from distant mountain ranges
RU2451955C1 (en) System for determining water surface oscillations
RU2212712C2 (en) Device for detection of antitransport mines
RU2395820C2 (en) System to detect killer quake signs
RU2282897C1 (en) Sos-system for highways
RU2702235C1 (en) Receiving device for radio communication with underwater object
RU2726388C1 (en) Method of positioning a surface/underwater object as it passes along a given fairway