RU2434244C1 - Спасательная система - Google Patents

Abstract

Предлагаемая спасательная система относится к индивидуальным аварийным спасательным средствам защиты и может быть использована для эвакуации людей с высотных зданий и спасения водителей различных транспортных средств (самолетов, вертолетов, лодок, кораблей т.п.). ! Техническим результатом является повышение помехоустойчивости и достоверности когерентного приема и синхронного детектирования сложных сигналов с фазовой манипуляцией путем устранения явления «обратной работы» второго типа. ! Спасательная система содержит высокопрочные газонепроницаемые оболочки, устройство заполнения оболочек газом, карман, эвакуируемого человека, выступ, дуги безопасности, стабилизирующие парашюты, пиропатрон и выпускные клапаны. ! Радиопередатчик содержит передающую антенну, задающий генератор, удвоитель фазы, первый узкополосный фильтр, фазовые манипуляторы, генератор моделирующего кода, сумматор, усилитель мощности. ! Пункт контроля содержит приемные антенны, усилители высокой частоты, гетеродины, смесители, усилители промежуточной частоты, перемножители, узкополосные фильтры, удвоители фазы, корреляторы, делитель фазы на четыре, делитель фазы на два, пороговые блоки, ключи, измеритель частоты, фазометры, фазовый детектор, вычислительный блок, блок регистрации, частотные детекторы, триггеры, балансные переключатели. 10 ил.

Description

Предлагаемая спасательная система относится к индивидуальная аварийным спасательным средствам защиты и может быть использована для эвакуации людей с высотных зданий и спасения водителей различных транспортных средств (самолетов, вертолетов, дирижаблей, лодок, кораблей и т.д.).

Известны спасательные системы и устройства (авт. свид. СССР №431063, 765113, 988655, 1348256, 1565840, 1588636, 1615054, 1643325, 1664653; патенты РФ №№2000995, 2038259, 2043259, 2051838, 2193990, 2240950, 2265557, 23399732; патенты США №№3405887, 3621501, 3.623.681, 3921944, 4889511, 6607116; патенты Великобритании №1145051, 2228458; Аварийный авиационный катапультируемый радиобуй «Вешка-Р». - М.: НИИТП, 1999 г. и другие).

Из известных систем и устройств наиболее близкой к предлагаемой является «Спасательная система» (патент РФ №2.339.972, О018 15/16, 2007), которая и выбрана в качестве базового объекта.

Указанная система обеспечивает повышение надежности своевременного обнаружения и определения местоположения человека, потерпевшего бедствие, путем использования радиоизлучателя и пункта контроля, размещенного на борту летательного аппарата. При этом на пункте контроля, который может быть размещен на суше, на кораблях различной назначения, в том числе и на кораблях поиска и спасения, а также на летательных аппаратах (вертолетах, самолетах, дирижаблях и космический аппаратах), для получения опорного напряжения, необходимого для синхронного детектирования принимаемого ФМн-сигнала (фиг.10, б)

u₇(t)=U₁·Cos[(ω₁±Δω₁)t+φ_к(t)+φ₇], 0≤t≤T_c,

используется тракт формирования опорного напряжения непосредственно из принимаемого ФМн-сигнала, состоящий из последовательно включенных третьего удвоителя 39 фазы, седьмого узкополосного фильтра 41, делителя 47 фазы на два и узкополосного фильтра 53.

При этом на выходе удвоителя 39 фазы образуется гармоническое напряжение (фиг.10, в)

u₁₃(t)=U₁₃·Cos[2(ω₁±Δω₁)t+2φ₇], 0≤t≤T_c,

где

;

в котором фазовая манипуляция уже отсутствует. Это напряжение выделяется узкополосным фильтром 41 и поступает на вход делителя 47 фазы на два, на выходе которого образуется напряжение (фиг.10, з)

u₁₄(t)=U₁₄·Cos[(ω₁±Δω₁)t+φ₇], 0≤t≤T_c,

которое выделяется узкополосным фильтром 53 и поступает на опорный вход фазового детектора 62 в качестве опорного напряжения.

Однако указанному тракту формирования опорного напряжения присуще явление «обратной работы», которое 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 φ_k(t)={0, π} отсутствует признак, который позволил бы «привязать» фазу φ₇ опорного напряжения к одной из фаз сигнала. Поэтому фаза опорного напряжения всегда имеет устойчивых состояния φ₇ (фиг.10, з) и (фиг.10, к). Это легко показать аналитически.

Если произвести деление, аналогичное предыдущему, но предварительно добавив к аргументу угол 2π, что не изменяет исходного напряжения, то после деления фазы на два, получится напряжение, сдвинутое на фазе на π (фиг.10, к)

.

Следовательно, двузначность полученного опорного напряжения вытекает из самого процесса деления фазы на два.

Физически указанная двузначность фазы объясняется неустойчивой работой делителя 47 фазы на два.

В результате синхронного детектирования на выходе фазового детектора 62 образуется низкочастотное напряжение (фиг.10, н)

u_н(t)=U_н·Cosφ_к(t),

где

либо низкочастотное напряжение (фиг.10, л)

,

в зависимости от того, как будут сфазированы входной ФМн-сигнал u₇(t) (фиг.10, б) и опорное напряжение u₁₄(t) (фиг.10, з) или

(фиг.10, к).

Однако, анализируя аналог моделирующей функции M(t) (фиг.10, а), выделяемый из принимаемого ФМн-сигнала (фиг.10, б) в прямом u_н(t) (фиг.10, и) или обратном

(фиг.10, л) коде, можно достоверно определить ее параметры (закон фазовой манипуляции, длительность τ_э и количество N элементарных посылок). При этом не принципиально, в прямом или обратном коде анализируется аналог модулирующей функции. Необходимо, чтобы было обеспечено постоянство фазы опорного направления, а следовательно, и аналога модулирующего кода M(t) в течение всего времени приема и анализа. Именно такая ситуация возникает в тех реальных условиях приема, когда отсутствуют априорные сведения о параметрах принимаемого ФМн-сигнала. Поэтому в процессе когерентного приема и синхронного детектирования ФМн-сигнала нет необходимости раскрывать неопределенность фазы опорного напряжения, которое является внутренним свойством данных сигналов.

Таким образом, первый тип «обратной работы» не снижает помехоустойчивости когерентного приема ФМн-сигнала и не влияет на достоверность определения его параметров.

Второй тип «обратной работы» обусловлен скачкообразными переходами фазы опорного напряжения из одного состояния φ₇ в другое φ_c+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.10, г). При этом на выходе фазового детектора 62 выделяется искаженный аналог моделирующего кода

(фиг.10, д).

Данный тип «обратной работы» является весьма вредным в технике когерентного приема ФМн-сигналов и делает невозможным достоверное определение вышеуказанных параметров. Именно из-за этого типа «обратной работы» классическая фазовая манипуляция долгое время не находила широкого применения, несмотря на ряд своих преимуществ.

Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости и достоверности когерентного приема и синхронного детектирования сложных сигналов с фазовой манипуляцией путем устранения явления «обратной работы» второго типа.

Поставленная задача решается тем, что спасательная система, содержащая в соответствии с ближайшим аналогом высокопрочные газонепроницаемые оболочки, образующие в раскрытом виде первую и вторую части, каждая из которых имеет форму полусферы, устройство для наполнения оболочек газом и выпуска из оболочек газа, при этом в первой части выполнен карман с выступом-подушкой, размещенный ниже центра тяжести спасательной системы с возможностью размещения человека в позе - голова и ноги прижаты к туловищу, а вторая часть имеет, по меньшей мере, две взаимно перпендикулярные дуги безопасности, между которыми размещены стабилизирующие парашюты, устройство для наполнения оболочек газом является пиропатроном, миниатюрный радиопередатчик с передающей антенной, размещенным в кармане, и пункт контроля, размещенный на борту летательного аппарата, причем радиопередатчик выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора, первого удвоителя фазы, первого узкополосного фильтра, первого фазового манипулятора, второй вход которого соединен с первым выходом генератора модулирующего кода, сумматора, второй вход которого через второй фазовый манипулятор соединен со вторым выходом задающего генератора и генератора модулирующего кода, усилителя мощности и передающей антенны, пункт контроля выполнен в виде последовательно включенных первой приемной антенны, первого усилителя высокой частоты, первого смесителя, второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина, первого усилителя промежуточной частоты, первого коррелятора, первого порогового блока, первого ключа, первого фазометра и блока регистрации, последовательно включенных второй приемной антенны, второго усилителя высокой частоты, второго смесителя, второй вход которого соединен с первым выходом второго гетеродина, и второго усилителя промежуточной частоты, выход которого соединен со вторым входом первого коррелятора, последовательно включенных третьей приемной антенны, третьего смесителя, второй вход которого соединен с первым выходом второго гетеродина, третьего усилителя промежуточной частоты, второго коррелятора, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, второго порогового блока, второго ключа и второго фазометра, выход которого соединен со вторым входом блока регистрации, последовательно подключенных ко второму выходу первого гетеродина первого перемножителя, второй вход которого соединен со вторым выходом второго гетеродина, и второго узкополосного фильтра, выход которого соединен со вторыми выходами первого и второго фазометров, последовательно подключенных к выходу первого усилителя промежуточной частоты второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя промежуточной частоты, и третьего узкополосного фильтра, выход которого соединен со вторым входом первого ключа, последовательно подключенных к выходу первого усилителя промежуточной частоты третьего перемножителя, второй вход которого соединен с выходом третьего усилителя промежуточной частоты, и четвертого узкополосного фильтра, выход которого соединен со вторым входом второго ключа, последовательно подключенных к выходу третьей приемной антенны четвертого усилителя высокой частоты, второго удвоителя фазы, пятого узкополосного фильтра, делителя фазы на четыре и шестого узкополосного фильтра, последовательно подключенных к первому выходу второго гетеродина четвертого смесителя, четвертого усилителя промежуточной частоты, четвертого перемножителя, девятого узкополосного фильтра, третьего фазометра, второй вход которого соединен с первым выходом второго гетеродина, и вычислительного блока, второй вход которого соединен с выходом измерителя частоты, а выход подключен к третьему входу блока регистрации, последовательно подключенных к выходу третьего усилителя высокой частоты третьего удвоителя фазы, седьмого узкополосного фильтра, делителя фазы на два и восьмого узкополосного фильтра, четвертной вход блока регистрации через фазовый детектор соединен с выходом третьего усилителя высокой частоты, несущие частоты ω₁ и ω₂ радиопередатчика выбраны когерентными и крайними ω₂=2ω₁, частоты ω_Г1 и ω_Г2 гетеродинов разнесены на удвоенное значение промежуточной частоты ω_Г2-ω_Г1=2ω_ПР и выбраны симметричными относительно несущей частоты ω₁

ω₁-ω_Г1=ω₂-ω_Г2=ω_ПР,

приемные антенны размещены в виде геометрического прямого угла, в вершине которого расположена первая приемная антенна, общая для антенн, расположенных в азимутальной угломестной плоскостях, отличается от ближайшего аналога тем, что она снабжена двумя частотными детекторами, двумя триггерами и двумя балансными переключателями, причем к выходу восьмого узкополосного фильтра последовательно подключены первый частотный детектор, первый триггер и первый балансный переключатель, второй вход которого соединен с выходом восьмого узкополосного фильтра, а выход подключен к входу измерителя частоты, ко вторым входам четвертого перемножителя и фазового детектора, к выходу шестого узкополосного фильтра последовательно подключены второй частотный детектор, второй триггер и второй балансный переключатель, второй вход которого соединен с выходом шестого узкополосного фильтра, а выход подключен ко второму четвертого смесителя.

Общий вид эвакуируемого человека со спасательной системой изображен на фиг.1.

Спасательная система в раскрытом состоянии (вид сбоку) изображена на фиг.2. Разрез А-А фиг.2 показан на фиг.3. Спасательная система в раскрытом состоянии (вид сверху) изображена на фиг.4. Структурная схема радиопередатчика изображена на фиг.5. Структурная схема пункта контроля представлена на фиг.6. Частотная диаграмма, иллюстрирующая процесс преобразования сигналов, изображена на фиг.7. Взаимное расположение приемных антенн показано на фиг.8. Геометрическая схема расположения летательного аппарата (ЛА) и человека (Ч) показана на фиг.9. Временные диаграммы, поясняющие принцип синхронного детектирования ФМн-сигналов, изображены на фиг.10.

Спасательная система содержит высокочастотные газонепроницаемые оболочки 1 и устройство 2 заполнения их газом. Одна часть спасательной системы - полусфера 3 образована из высокопрочных газонепроницаемых оболочек 1. Внутри полусферы 3 размещен карман 4 для размещения в нем эвакуируемого человека в позе «зародыша», т.е. голова и ноги прижаты к туловищу. Для более мягкого приземления и исключения травм в кармане 4 выполнен выступ 6, размещенный со стороны груди эвакуируемого человека 5, позволяющий исключить контактирование рук и ног, чтобы уберечь их от травм. Карман 4 размещен ниже физического центра тяжести спасательной системы. Другая часть спасательной системы - в виде двух взаимно перпендикулярных дуг безопасности 7, между которыми размещены стабилизирующие парашюты 8. Размещение кармана 4 с эвакуируемым человеком 5 ниже физического центра тяжести спасательной системы и наличие стабилизирующих парашютов позволяет исключить вращение спасательной системы и придать ей полет в одном направлении.

Устройством для наполнения оболочек газом может являться пиропатрон 9. Это позволит произвести заполнение высокопрочных газонепроницаемых оболочек 1 за короткое время. Кроме того, при небольших габаритных размерах пиропатрона 9 он выделяет большое количество газа, что позволяет заполнять большие объемы, необходимые для наполнения высокопрочных газонепроницаемых оболочек 1.

Радиопередатчик 11 выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора 13, первого удвоителя 14 фазы, первого узкополосного фильтра 15, первого фазового манипулятора 16, второй вход которого соединен с первым выходом генератора 17 модулирующего кода, сумматора 19, второй вход которого через второй фазовый манипулятор 18 соединен со вторыми выходами задающего генератора 13 и генератора 17 модулирующего кода, усилителя 20 мощности и передающей антенны 12.

Пункт контроля выполнен в виде последовательно включенных первой приемной антенны 21, первого усилителя 24 высокой частоты, первого смесителя 30, второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина 28, первого усилителя 33 промежуточной частоты, первого коррелятора 42, первого порогового блока 48, первого ключа 54, первого фазометра 58 и блока 66 регистрации, последовательно включенных второй приемной антенны 22, второго усилителя 25 высокой частоты, второго смесителя 31, второй вход которого соединен с первым выходом второго гетеродина 29, и второго усилителя 34 промежуточной частоты, выход которого соединен со вторым входом первого коррелятора 42, последовательно включенных третьей приемной антенны 23, третьего усилителя 26 высокой частоты, третьего смесителя 32, второй вход которого соединен с первым выходом второго гетеродина 29, третьего усилителя 35 промежуточной частоты, второго коррелятора 43, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя 33 промежуточной частоты, второго порогового блока 49, второго ключа 55 и второго фазометра 59, выход которого соединен со вторым входом блока 66 регистрации, последовательно подключенных ко второму выходу первого гетеродина 28 первого перемножителя 36, второй вход которого соединен со вторым выходом второго гетеродина 29, и второго узкополосного фильтра 37, выход которого соединен со вторыми выходами первого 58 и второго 59 фазометров, последовательно подключенных к выходу первого усилителя 33 промежуточной частоты второго перемножителя 44, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя 34 промежуточной частоты, и третьего узкополосного фильтра 50, выход которого соединен со вторым входом первого ключа 54, последовательно подключенных к выходу первого усилителя 33 промежуточной частоты третьего перемножителя 45, второй вход которого соединен с выходом третьего усилителя 35 промежуточной частоты, и четвертого узкополосного фильтра 51, выход которого соединен со вторым входом второго ключа 55, последовательно подключенных к выходу третьей приемной антенны 23 четвертого усилителя 27 высокой частоты, второго удвоителя 38 фазы, пятого узкополосного фильтра 40, делителя 46 фазы на четыре, шестого узкополосного фильтра 52, второго частотного детектора 70, второго триггера 71, второго балансного переключателя 72, второй вход которого соединен с выходом шестого узкополосного фильтра 52, четвертого смесителя 56, второй вход которого соединен с первым выходом второго гетеродина, четвертого усилителя 60 промежуточной частоты, четвертого перемножителя 61, девятого узкополосного фильтра 63, третьего фазометра 64, второй вход которого соединен с первым выходом второго гетеродина 29, и вычислительного блока 65, второй вход которого соединен с выходом измерителя 57 частоты, а выход подключен к третьему входу блока 66 регистрации, последовательно подключенных к выходу третьего усилителя 26 высокой частоты третьего удвоителя 39 фазы, седьмого узкополосного фильтра 41, делителя фазы на два, восьмого узкополосного фильтра 53, первого частотного детектора 67, первого триггера 68 и первого балансного переключателя 69, второй вход которого соединен с выходом восьмого узкополосного фильтра 53, а выход подключен ко входу измерителя 57 частоты и ко вторым входам четвертого перемножителя 61 и фазового детектора 62, четвертый вход блока 66 регистрации через фазовый детектор 62 соединен с выходом третьего усилителя 26 высокой частоты.

Несущие частоты и ω₂ радиопередатчика 11 выбраны когерентными и кратными ω₂=2ω₁, частоты ω_Г1 и ω_Г2 гетеродинов 28 и 29 разнесены на удвоенное значение промежуточной частоты ω_ПР

ω_Г2-ω_Г1=2ω_ПР,

и выбраны симметричными относительно несущей частоты ω₁ (фиг.7)

ω₁-ω_Г1=ω₂-ω_Г2=ω_ПР.

Приемные антенны 21, 22 и 23 размещены в виде геометрического прямого угла, в вершине которого расположена первая приемная антенна 21, общая для азимутальной и угломестной плоскостей (фиг.8).

Пример работы спасательной системы в авиационной технике.

На пилоте одета спасательная система. При аварии летательного аппарата пилот покидает его либо через катапультированное кресло, либо сам, в зависимости от стандартно заложенного способа эвакуации. После этого автоматически (либо механически пилотом) включается механизм 2 заполнения спасательной системы газом и радиопередатчик 11, размещенный в кармане 4. После раскрытия спасательной системы путем надувания высокопрочных газонепроницаемых оболочек 1 пилот грудью прижат к выступу в кармане 4 внутри полусферы 3 и размещен в позе - голова и ноги прижаты к туловищу, в надежно зафиксированном положении. В результате совокупная поверхность газонепроницаемых оболочек 1 совместно со стабилизирующими парашютами эффективно гасит скорость падения при диаметре 2,5 м. При приземлении или при приводнении ударное воздействие воспринимают высокопрочные газонепроницаемые оболочки 1, амортизируя это воздействие и защищая эвакуируемого от удара. После приземления пилот может выпустить газ из высокопрочных газонепроницаемых оболочек 1 посредством выпускных клапанов 10.

При включении радиопередатчика 11 задающий генератор 13 формирует высокочастотное колебание

u₁(t)=U₁·Cos[ω₁t+φ₁], 0≤t≤T_c,

которое поступает на вход удвоителя 14 фазы. На выходе последнего образуется высокочастотное колебание

u₂(t)=U₂·Cos[ω₂t+φ₂], 0≤t≤T_c,

где

; ω₂=2ω₁; φ₂=2φ₁,

которое выделяется узкополосным фильтром 15. В качестве удвоителя 14 фазы может использоваться перемножитель, на два входа которого попадается одно и то же высокочастотное колебание u₁(t). Высокочастотное колебание u₂(t) поступает на первый вход фазового манипулятора 16, на второй вход которого подается модулирующий код M(t) с выхода генератора 17. Последний содержит все необходимые сведения о пилоте (страна, фамилия, имя, отчество, год рождения и т.д.).

На выходе фазового манипулятора 16 образуется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн)

u₃(t)=U₁·Cos[ω₁t+φ_k(t)+φ₁], 0≤t≤T_c,

где φ_k(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t), причем φ_k(t)=const при

и может изменяться скачком при

, т.е. на границах между элементарными посылками (k=1, 2 …N-1);

τ_Э, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью

.

Высокочастотное колебание одновременно поступает на первый вход фазового манипулятора 18, на второй вход которого попадает модулирующий код M(t) со второго выхода генератора 17 модулирующего кода. На выходе фазового манипулятора 18 образуется сложный ФМн-сигнал

u₄(t)=U₂·Cos[ω₂t+φ_k(t)+φ₂], 0≤t≤T_c,

Сложные ФМн-сигналы u₃(t) и u₄(t) поступают на два входа сумматора 19, на выходе которого образуется суммарный ФМн-сигнал

u_c(t)=u₃(t)+u₄(t)=U₁·Cos[ω₁t+φ_k(t)+φ₁]+

+U₂·Cos[ω₂t+φ_k(t)+φ₂], 0≤t≤T_c,

который после усиления в усилителе 20 мощности излучателя передающей антенной 12 в эфир.

Пункт контроля может быть размещен на суше, на кораблях различного назначения, в том числе и на кораблях поиска и спасения, а также на летательных аппаратах (вертолетах, самолетах и космических аппаратах).

Приемные антенны 21, 22 и 23, размещенные в виде геометрического прямого угла (фиг.8), улавливают сигнал бедствия, который поступает на входы усилителей 24…27 высокой частоты. Причем усилители 24, 25 и 26 высокой частоты настроены на частоту ω₁, а усилитель 27 высокой частоты настроен на частоту ω₂. На выходах усилителей 24…27 высокой частоты выделяются следующие сигналы соответственно:

u₅(t)=U₁·Cos[(ω₁±Δω₁)t+φ_k(t)+φ₅],

u₆(t)=U₁·Cos[(ω₁±Δω₁)t+φ_k(t)+φ₆],

u₇(t)=U₁·Cos[(ω₁±Δω₁)t+φ_k(t)+φ₇],

u₈(t)=U₂·Cos[(ω₂±Δω₂)t+φ_k(t)+φ₈], 0≤t≤T_c,

где ±Δω₁, ±Δω₂ - нестабильности несущих частот ω₁ и ω₂, обусловленные эффектом Доплера и другими дестабилизирующими факторами;

φ₈=2(φ₇+Δφ);

Δφ - дополнительная разность фаз между колебаниями с частотами ω₁ и ω₂, обусловленная разной скоростью распространения в дисперсионной среде.

Сигналы u₅(t), u₆(t) и u₇(t) с выходов усилителей 24, 25 и 26 высокой частоты поступают на первые входы смесителей 30, 31 и 32 соответственно, на вторые входы которых подаются напряжения гетеродинов 28 и 29:

u_Г1(t)=U_Г1·Cos[ω_Г1t+φ_Г1],

u_Г2(t)=U_Г2·Cos[ω_Г2t+φ_Г2],

частоты которых разнесены на удвоенное значение промежуточной частоты

ω_Г2-ω_Г1=2ω_ПР

и выбраны симметричными относительно несущей частоты ω₁

ω₁-ω_Г1=ω_Г2-ω₁=ω_ПР.

На выходах смесителей 30, 31 и 32 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 33, 34 и 35 выделяются напряжения промежуточной (разностной) частоты:

u_ПР1(t)=U_ПР1·Cos[(ω_ПР±Δω₁)t+φ_k(t)+φ_ПР1],

u_ПР2(t)=U_ПР2·Cos[(ω_ПР±Δω₁)t+φ_k(t)+φ_ПР2],

u_ПР3(t)=U_ПР2·Cos[(ω_ПР±Δω₁)t+φ_k(t)+φ_ПР3], 0≤t≤T_c,

где

;

ω₁-ω_Г1=ω_Г2-ω₁=ω_ПР - промежуточная (разностная) частота;

ω_ПР2=ω_Г2-φ₆; ω_ПР3=ω_Г2-φ₇.

Напряжения u_Г1(t) и u_Г2(t) co вторых выходов гетеродинов 28 и 29 подаются на два входа перемножителя 36, на выходе которого образуется напряжение:

u_Г(t)=U_Г·Cos[(ω_Г2-ω_Г1)t+φ_Г]= U_Г·Cos(2ω_ПРt+φ_Г],

где

;

φ_Г=φ_Г2-φ_Г1,

которое выделяется узкополосным фильтром 37.

Напряжения u_ПР1(t) и u_ПР2(t) и u_ПР3(t) с выходов усилителей 33, 34 и 35 промежуточной частоты попадаются на входы перемножителей 44 и 45, на выходах которых образуются напряжения:

u₉(t)=U₉·Cos[(2ω_ПР1t+φ_Г+Δφ₁),

u₁₀(t)=U₉·Cos[(2ω_ПР1t+φ_Г+Δφ₂),

где

;

;

d₁ и d₂ - измерительные базы;

λ₁ - длина волны;

α и β - угловые координаты (азимут и угол места) источника излучения сигнала бедствия, которые выделяются узкополосными фильтрами 50 и 51.

Напряжения u_ПР1(t) и u_ПР2(t), u_ПР1(t) и u_ПР3(t)одновременно поступают на два входа корреляторов 42 и 43 соответственно, на выходах которых образуются напряжения, пропорциональные корреляционным функциям R₁(τ) и R₂(τ). Указанные напряжения поступают на входы пороговых блоков 48 и 49, где сравниваются с пороговым напряжением U_ПОР и достигают максимального значения только при истинных значениях угловых координат α_И и β_И. И только при этих значениях в пороговых блоках 48 и 49 формируются постоянные напряжения, которые поступают на управляющие входы ключей 54 и 55, открывая их. В исходном состоянии ключи 54 и 55 всегда закрыты.

При этом напряжения u₉(t) и u₁₀(t) c выходов узкополосных фильтров 50 и 51 через открытые ключи 54 и 55 поступают на первые входы фазометров 58 и 59, на вторые входы которых подается напряжение u_Г(t) c выхода узкополосного фильтра 37. Фазометры 58 и 59 измеряют фазовые сдвиги Δφ₁ и Δφ₂, которые фиксируются блоком 66 регистрации.

Напряжение u₈(t)c выхода усилителя 27 высокой частоты поступает на вход удвоителя 38 фазы, на выходе которого образуются гармоническое напряжение

u₁₁(t)=U₁₁·Cos[2(ω₂±Δω₂)t+2φ₈], 0≤t≤T_c,

где

,

в котором фазовая манипуляция уже отсутствует. Это напряжение выделяется узкополосным фильтром 40 и поступает на вход делителя 46 фазы на четыре, на выходе которого образуется напряжение

u₁₂(t)=U₁₂·Cos[2(ω₁±Δω₁)t+φ₇+Δφ],

которое выделяется узкополосным фильтром 52 и поступает на вход устройства стабилизации фазы, состоящее из последовательно включенных второго частотного детектора 70, второго триггера 71 и балансного переключателя 72. Принцип его работы будет рассмотрен ниже. Напряжение u₁₂(t) со стабильной фазой поступает на первый вход смесителя 56, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 29. На выходе смесителя 56 образуется напряжение комбинационных частот. Усилителем 60 выделяется напряжение промежуточной частоты

u_ПР4(t)=U_ПР4·Cos[(ω_ПР±Δω₁)t+φ_ПР4-Δφ], 0≤t≤T_c,

где

;

ω_ПР=ω_Г2-ω₁ - промежуточная (разностная) частота;

ω_ПР=ω_Г2-ω₇;

которое поступает на первый вход перемножителя 61.

Напряжение u₇(t) (фиг.10, б) с выхода усилителя 26 высокой частоты одновременно поступает на вход удвоителя 39 фазы, на выходе которого образуется гармоническое напряжение (фиг.10, в)

u₁₃(t)=U₁₃·Cos[2(ω₁±Δω)t+2φ₇], 0≤t≤T_c,

где

;

в котором фазовая манипуляция уже отсутствует. Это напряжение выделяется узкополосным фильтром 41 и поступает на вход делителя 47 фазы на два, на выходе которого образуется напряжение (фиг.10, г)

, 0≤t≤T_c,

которое выделяется узкополосным фильтром 53 и поступает на вход частотного переключателя 69.

Частотный детектор 67 предназначен для обнаружения момента возникновения явления «обратной работы» второго типа.

При скачкообразном изменении фазы опорного напряжения на 180° под воздействием помех, кратковременного прекращения приема и других дестабилизирующих факторов в момент времени t₁ (фиг.10, г) на выходе частотного детектора 67 появляется короткий положительный импульс (фиг.10, е), а при скачке фазы - 180° в момент времени t₂ (возвращение фазы опорного напряжения в первоначальное состояние) - отрицательный короткий импульс. Знакочередующиеся импульсы с выхода частотного детектора 67 управляют работой триггера 68, выходное напряжение которого, в свою очередь, управляет работой двойного балансного переключателя 69.

В устойчивом состоянии, когда фаза опорного напряжения совпадает, например, с нулевой фазой принимаемого ФМн-сигнала, на выходе триггера 68 формируется постоянное отрицательное напряжение (фиг.10, ж) и балансный переключатель 69, находящийся в своем первоначальном положении, при котором опорное напряжение поступает с выхода узкополосного фильтра 53 на опорный вход фазового детектора 62 без изменения.

При скачкообразном изменении фазы опорного напряжения на +180°, обусловленным, например, неустойчивой работой делителя 47 фазы на два под действием помех, триггер 68 положительным коротким импульсом (фиг.10, е) с выхода частотного детектора 67 переводится в другое устойчивое состояние. При этом выходное напряжение триггера 67 в момент времени t₁ становится и остается положительным до очередного скачка фазы в момент времени t₂, который возвращает фазу опорного напряжения в первоначальное состояние (фиг.10, ж). Положительное выходное напряжение триггера 68 переводит балансный переключатель в другое устойчивое состояние, при котором опорное напряжение с выхода узкополосного фильтра 53 поступает на опорный вход фазового детектора 62 с изменением фазы на - 180°. Это позволяет устранить нестабильность фазы опорного напряжения, вызванную скачкообразным ее изменением под действием помех и связанную с ней «обратную работу» второго типа (фиг.10, з).

Следовательно, частотный детектор 67 обеспечивает обнаружение момента возникновения явления «обратной работы» второго типа, а триггер 68 и двойной балансный переключатель 69 устраняют ее.

Гармоническое напряжение u₁₄(t) (фиг.10, з) с выхода узкополосного фильтра 53 через балансный переключатель 69 поступает на вход измерителя 57 частоты и на второй вход перемножителя 61.

На выходе перемножителя 61 образуется напряжение

u₁₅(t)=U₁₅·Cos(ω_Г2t+φ_Г2-Δφ), 0≤t≤T_c,

где

,

которое выделяется узкополосным фильтром 63 и поступает на первый вход фазометра 64, на второй вход которого подается напряжение u_Г2(t) гетеродина 29. Фазометр 64 измеряет разность фаз Δφ в точке приема между колебаниями с частотами ω₁ и ω₂=2ω₁, которая поступает на первый вход вычислительного блока 65, на второй вход которого подается измеренное значение частоты ω₁ с выхода измерителя 57 частоты.

Дополнительная разность фаз между колебаниями с частотами ω₁ и ω₂, обусловленная разной скоростью распространения волн в дисперсионной среде, равна

,

где R - расстояние от радиопередатчика до пункта контроля;

V₁ - фазовая скорость распространения колебаний частоты ω₁;

V₂ - фазовая скорость распространения колебаний частоты ω₂.

В вычислительном блоке 65 определяется искомое расстояние

,

которое фиксируется блоком 66 регистрации.

Напряжение u₇(t) с выход усилителя 36 высокой частоты одновременно поступает на информационный вход фазового детектора 62, на опорный вход которого подается гармоническое напряжение u_l4(t) c выхода узкополосного фильтра 53.

В результате синхронного детектирования на выходе фазового детектора 62 образуется низкочастотное напряжение

u_H(t)=U_H·Cosφ_k(t),

где

,

пропорциональное модулирующему коду M(t), которое фиксируется блоком 66 регистрации.

Аналогично частотный детектор 70 обеспечивает обнаружение момента возникновения явления «обратной работы» второго типа, обусловленное неустойчивой работой делителя 46 фазы на четыре под воздействием помех, а триггер 71 и двойной балансный переключатель 72 устраняют ее.

При эвакуации с плавучих транспортных средств спасательная система обладает высокой плавучестью и будет надежно защищать эвакуируемого человека от переохлаждения в результате длительного пребывания в воде, от шторма и акул до тех пор, пока он не будет обнаружен и запеленгован пунктом контроля с борта летательного аппарата и поднят на борт спасательного судна.

Пример работы спасательной системы для эвакуации человека с высотного здания.

На эвакуируемого человека 5 размещают спасательную систему. Эвакуируемый человек 5 подходит к оконному проему и включает механизм заполнения газом 2 высокопрочных газонепроницаемых оболочек, радиопередатчик 11 с передающей антенной 12 и спрыгивает вниз с оконного проема. Причем, если по каким-либо причинам эвакуируемый человек 5 не смог спрыгнуть вниз, при раскрытии спасательной системы возникает динамическое усилие, которое приведет к выбросу его из оконного проема. После раскрытия спасательной системы путем надувания высокопрочных газонепроницаемых оболочек 1 эвакуируемый человек 5 грудью прижат к выступу 6 кармана 4 внутри полусферы 3 и размещен в позе - голова и ноги прижаты к туловищу, в надежно зафиксированном положении. Спасательная система приземляется без вращения в одном положении, с размещением полусферы 3 только в нижнем положении. При приземлении спасательная система скачет до остановки, а за счет амортизирующих свойств удары о посторонние предметы не приводят к травмам эвакуируемого человека 5.

При этом по сигналам бедствия пункт контроля, размещенный на летательном аппарате, обнаруживает место происшествия и сообщает тревожную информацию по каналам радиосвязи в службы скорой помощи, пожарной охраны и по чрезвычайным ситуациям для принятия соответствующих мер по оказанию помощи пострадавшим.

Предлагаемая спасательная система не только имеет широкие функциональные возможности, так как может применяться для эвакуации во многих областях и обеспечивает надежную безопасность эвакуируемых и небольшие габаритные размеры, но и позволяет повысить надежность своевременного обнаружения и определения местоположения человека, потерпевшего бедствие. Это достигается за счет использования радиоизлучателя и пункта контроля, размещенного на летательном аппарате (самолете, вертолете, космическом аппарате и т.п.).

Радиоизлучение является всепогодным и обеспечивает передачу сигнала бедствия на большие расстояния. При этом сигнал бедствия (SOS) излучается периодически с определенным периодом Т_П и длительностью Т_с на двух частотах ω₁ и ω₂, которые отводятся именно для передачи сигнала бедствия и не занимаются для передачи другой информации. Сигнал бедствия представляет собой сложный сигнал с фазовой манипуляцией, в котором сосредоточена основная информация о происшедшем бедствии (страна, фамилия, имя, отчество, год рождения и т.п.).

Сложные сигналы с фазовой манипуляцией открывают новые возможности в технике передачи тревожных сообщений. Указанные сигналы позволяют применять новый вид селекции - структурную селекцию. Это значит, что появляется новая возможность разделять сигналы, действующие в одной и той же полосе частот и в одни и те же промежутки времени.

С точки зрения обнаружения сложных сигналов ФМн-сигналы обладают высокой энергетической и структурной скрытностью.

Энергетическая скрытность данных сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени и по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую 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.

Структурная скрытность сложных ФМн-сигналов обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами измерений параметров, что затрудняет оптимальную обработку сложных ФМн-сигналов априорно не известной структуры с целью повышения чувствительности приемника.

Ширина спектра Δf₂ второй гармоники сигнала определяется длительностью Т_с сигнала (Δf₂=1/T_c), тогда как ширина спектра Δf_с сложного ФМн-сигнала определяется длительностью τ_Э его элементарных посылок (Δf_с=1/τ_Э), т.е. ширина спектра второй гармоники сигнала в раз меньше ширины спектра сложного ФМн-сигнала (Δf_c/Δf₂=N).

Следовательно, при умножении фазы ФМн-сигнала на два и четыре его спектр «сворачивается» в N раз. Это обстоятельство и позволяет обнаружить и отселектировать ФМн-сигнал даже тогда, когда его мощность на входе приемника меньше мощности шумов и помех.

Внутренняя структура сложных ФМн-сигналов определяется за счет их синхронного детектирования. При этом опорное напряжение, необходимое для синхронного детектирования, выделяется непосредственно из принимаемого ФМн-сигнала путем свертки его спектра. За счет свертки спектра сложного ФМн-сигнала он преобразуется в узкополосное гармоническое напряжение, что дает возможность выделить его с помощью узкополосного фильтра, отфильтровав при этом значительную часть шумов и помех, т.е. повысить реальную чувствительность фазового пеленгатора-приемника при сравнительно низком отношении сигнал/шум.

Фазовый пеленгатор-приемник инвариантен к виду модуляции (манипуляции) и нестабильности несущей частоты используемых сложных сигналов, так как пеленгация источника излучения сигнала бедствия осуществляется на стабильной частоте, равной разности частот со ω_Г2-ω_Г1 гетеродинов.

Вследствие разной скорости распространения колебаний с частотами ω₁ и ω₂ между ними появляется дополнительный фазовый сдвиг Δφ, который обеспечивает определение расстояния R. до источника излучения сигнала бедствия.

Таким образом, предлагаемая спасательная система по сравнению с базовым объектом обеспечивает повышение помехозащищенности и достоверности когерентного приема и синхронного детектирования сложных сигналов с фазовой манипуляцией.

Это достигается устранением явления «обратной работы» второго типа за счет стабилизации фазы опорного напряжения, выделяемого непосредственно из самого принимаемого ФМн-сигнала.

При этом частотные детекторы позволяют обнаружить момент возникновения «обратной работы» второго типа, а триггеры и двойные балансные переключатели устраняют ее.

Claims (1)

1. Спасательная система, содержащая высокопрочные газонепроницаемые оболочки, образующие в раскрытом состоянии первую и вторую части, каждая из которых имеет форму полусферы, устройства для наполнения оболочек газом и выпуска из оболочек газа, при этом в первой части выполнен карман с выступом-подушкой, размещенный ниже центра тяжести спасательной системы с возможностью размещения человека в позе - голова и ноги прижимаются к туловищу, а вторая часть имеет по меньшей мере две взаимно перпендикулярные дуги безопасности, между которыми размещены стабилизирующие парашюты, устройством для наполнения оболочек газом является пиропатрон, миниатюрный радиопередатчик с передающей антенной, размещенный в кармане, и пункт контроля, размещенный на борту летательного аппарата, при этом радиопередатчик выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора, первого удвоителя фазы, первого узкополосного фильтра, первого фазового манипулятора, второй вход которого соединен с первым выходом генератора модулирующего кода, сумматора, второй вход которого через второй фазовый манипулятор соединен со вторыми выходами задающего генератора и генератора модулирующего кода, усилителя мощности и передающей антенны, пункт контроля выполнен в виде последовательно включенных первой приемной антенны, первого усилителя высокой частоты, первого смесителя, второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина, первого усилителя промежуточной частоты, первого коррелятора, первого порогового блока, первого ключа, первого фазометра и блока регистрации, последовательно включенных второй приемной антенны, второго усилителя высокой частоты, второго смесителя, второй вход которого соединен с первым выходом второго гетеродина, и второго усилителя промежуточной частоты, выход которого соединен с вторым входом первого коррелятора, последовательно включенных третьей приемной антенны, третьего усилителя высокой частоты, третьего смесителя, второй вход которого соединен с первым выходом второго гетеродина, третьего усилителя промежуточной частоты, второго коррелятора, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, второго порогового блока, второго ключа и второго фазометра, выход которого соединен с вторым входом блока регистрации, последовательно подключенных к второму выходу первого гетеродина первого перемножителя, второй вход которого соединен с вторым выходом второго гетеродина, и второго узкополосного фильтра, выход которого соединен с вторыми входами первого и второго фазометров, последовательно подключенных к выходу первого усилителя промежуточной частоты второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя промежуточной частоты, и третьего узкополосного фильтра, выход которого соединен со вторым входом первого ключа, последовательно подключенных к выходу первого усилителя промежуточной частоты третьего перемножителя, второй вход которого соединен с выходом третьего усилителя промежуточной частоты, и четвертого узкополосного фильтра, выход которого соединен со вторым входом второго ключа, последовательно подключенных к выходу третьей приемной антенны четвертого усилителя высокой частоты, второго удвоителя фазы, пятого узкополосного фильтра, делителя фазы на четыре, шестого узкополосного фильтра, четвертого смесителя, второй вход которого соединен с первым выходом второго гетеродина, четвертого усилителя промежуточной частоты, четвертого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом восьмого узкополосного фильтра, девятого узкополосного фильтра, третьего фазометра, второй вход которого соединен с первым выходом второго гетеродина, и вычислительного блока, выход которого соединен с третьим входом блока регистрации, последовательно подключенных к выходу третьего усилителя высокой частоты третьего удвоителя фазы, седьмого узкополосного фильтра, делителя фазы на два, восьмого узкополосного фильтра и измерителя частоты, выход которой соединен со вторым входом вычислительного блока, четвертый вход блока регистрации через фазовый детектор соединен с выходом третьего усилителя высокой частоты, несущие частоты ω₁ и ω₂ радиопередатчика выбраны когерентными и кратными ω₂=2ω₁, частоты ω_Г1 и ω_Г2 гетеродинов разнесены на удвоенное значение промежуточной частоты ω_Г2-ω_Г1=2ω_пр и выбраны симметричными относительно несущей частоты ω₁ ω₁-ω_Г1=ω_Г2-ω_Г1=ω_пp, приемные антенны размещены в виде геометрического прямого угла, в вершине которого расположена первая приемная антенна, общая для азимутальной и угломестной плоскостей, отличающаяся тем, что она снабжена двумя частотными детекторами, двумя триггерами и двумя балансными переключателями, причем к выходу восьмого узкополосного фильтра последовательно подключены первый частотный детектор, первый триггер и первый балансный переключатель, второй вход которого соединен с выходом восьмого узкополосного фильтра, а выход подключен к входу измерителя частоты, к вторым входам фазового детектора и четвертого перемножителя, к выходу шестого узкополосного фильтра последовательно подключены второй частотный детектор, второй триггер и второй балансный переключатель, второй вход которого соединен с выходом шестого узкополосного фильтра, а выход подключен к второму входу четвертого смесителя.

Images