RU2629000C1 - Спутниковая система для определения местоположения судов и самолетов, потерпевших аварию - Google Patents

Спутниковая система для определения местоположения судов и самолетов, потерпевших аварию Download PDF

Info

Publication number
RU2629000C1
RU2629000C1 RU2016135407A RU2016135407A RU2629000C1 RU 2629000 C1 RU2629000 C1 RU 2629000C1 RU 2016135407 A RU2016135407 A RU 2016135407A RU 2016135407 A RU2016135407 A RU 2016135407A RU 2629000 C1 RU2629000 C1 RU 2629000C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
phase
intermediate frequency
receiving device
Prior art date
Application number
RU2016135407A
Other languages
English (en)
Inventor
Виктор Иванович Дикарев
Виктор Антонович Рогалёв
Original Assignee
Общественная организация Международная академия наук экологии, безопасности человека и природы
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 Общественная организация Международная академия наук экологии, безопасности человека и природы filed Critical Общественная организация Международная академия наук экологии, безопасности человека и природы
Priority to RU2016135407A priority Critical patent/RU2629000C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2629000C1 publication Critical patent/RU2629000C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S1/00—Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith
    • G01S1/02—Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith using radio waves
    • G01S1/68—Marker, boundary, call-sign, or like beacons transmitting signals not carrying directional information
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/01—Satellite radio beacon positioning systems transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/13—Receivers
    • G01S19/14—Receivers specially adapted for specific applications
    • G01S19/17—Emergency applications
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42—Determining position
    • G01S19/48—Determining position by combining or switching between position solutions derived from the satellite radio beacon positioning system and position solutions derived from a further system
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/04—Position of source determined by a plurality of spaced direction-finders
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W64/00—Locating users or terminals or network equipment for network management purposes, e.g. mobility management

Abstract

Изобретение предназначено для определения местоположения аварийных радиобуев (АРБ), передающих радиосигналы бедствия на частоте 121,5 МГц и в диапазоне частот 406-406,1 МГц. Достигаемый технической результат изобретения - расширение функциональных возможностей системы путем формирования измерительных баз косвенным методом, точного и однозначного определения местоположения аварийных радиобуев, размещенных на судах и самолетах, потерпевших аварию. Указанный результат достигается за счет того, что спутниковая система для определения местоположения судов и самолетов, потерпевших бедствие, содержит два аварийных радиобуя, искусственный спутник Земли (ИЗС), пять приемных антенн, три приемных устройства, два запоминающих устройства, передатчик с антенной, пункт приема информации, содержит также приемное устройство с приемной антенной, два устройства обработки информации, устройство сопряжения с сетями связи, устройство контроля и управления, устройство связи поисково-спасательных организаций, при этом .третье приемное устройство содержит пять приемных антенн, шесть смесителей, пять усилителей первой промежуточной частоты, шесть перемножителей, пять узкополосных фильтров, блок поиска, два гетеродина, обнаружитель фазоманипулированных (ФМн) сигналов, удвоитель фазы, два измерителя ширины спектра, блок сравнения, пороговый блок, линию задержки, ключ, усилитель второй промежуточной частоты, демодулятор ФМн сигналов, фильтр нижних частот, шесть фазометров, три вычитателя, четыре сумматора. 4 ил.

Description

Предлагаемая система, называемая системой КОСПАС-САРСАТ, предназначена для определения местоположения аварийных радиобуев (АРБ), передающих радиосигналы бедствия на частоте 121,5 МГц и в диапазоне частот 406-406,1 МГц.
Известны следующие спутниковые системы:
- ИНМАРСАТ, представляющая для использования в глобальной морской системе связи различные виды услуг, включая оповещение о бедствии и связь с использованием телефонии, буквопечатания, передачи данных и факсимиле;
- ИНТЕЛСАТ VI, состоящая из десяти независимых ретрансляторов - по одному на каждый луч антенны связи;
- ГЛОМАР - перспективная система спутниковой связи с подвижными объектами в диапазоне частот 1,5-1,6 МГц;
- ЛОКСТАР, предназначенная для местоопределения подвижных объектов и ретрансляции радиосообщений;
- система глобального автоматического контроля транспортных средств при нормальных и экстремальных условиях (патент РФ №2.158.003, G01S 7/00, 2000);
- спутниковые системы для определения местоположения судов и самолетов, потерпевших аварию (патенты РФ №№2.027.195, 2.201.601; Глобальная морская система связи при бедствии и для обеспечения безопасности. - М.: Транспорт, 1989, с. 30, рис. 12 и другие).
Из известных систем наиболее близкой к предлагаемой является «Спутниковая система для определения местоположения судов и самолетов, потерпевших аварию» (патент РФ №2.201.601, G01S 5/04, 2001), которая и выбрана в качестве базового объекта.
Известная система обеспечивает точное и однозначное измерение угловых координат: α (азимута) и β (угла места) аварийных радиобуев (АРБ), используя для этого измерительные базы, расположенные в азимутальной и угломестной плоскостях соответственно.
Однако при этом не используется измерительные базы, расположенные в гипотенузной плоскости, что не позволяет определить местоположение АРБ.
Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей системы путем формирования измерительных баз косвенным методом, точного и однозначного определения местоположения аварийных радиобуев, размещенных на судах и самолетах, потерпевших аварию.
Поставленная задача решается тем, что спутниковая система для определения судов и самолетов, потерпевших аварию, содержащая, в соответствии с ближайшим аналогом, на судах и самолетах аварийные радиобуи, на искусственных спутниках Земли последовательно включенные второе приемное устройство со второй антенной, первое запоминающее устройство и передатчик с антенной, второй вход которого соединен с выходом первого приемного устройства с первой антенной, третий вход - с выходом второго приемного устройства, последовательно включенные третье приемное устройство с третьей, четвертой и пятой антеннами и второе запоминающее устройство, выход которого соединен с четвертым входом передатчика, пятый вход которого соединен с выходом третьего приемного устройства, причем первая и вторая антенны подключены также и к третьему приемному устройству, на пунктах приема информации последовательно включенные приемное устройство с антенной, первое устройство обработки информации, устройство сопряжения с сетями связи, второй вход которого через второе устройство обработки информации соединен с выходом приемного устройства, устройство контроля и управления и устройство связи поисково-спасательных организаций, третье приемное устройство содержит измерительный и четыре пеленгационных каналов, при этом измерительный канал состоит из последовательно включенных первой антенны, первого смесителя, второй вход которого через первый гетеродин соединен с выходом блока поиска, первого усилителя первой промежуточной частоты, удвоителя фазы, второго измерителя ширины спектра, блока сравнения, второй вход которого через первый измеритель ширины спектра соединен с выходом первого усилителя первой промежуточной частоты, порогового блока, второй вход которого через линию задержки соединен с его выходом, ключа, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя первой промежуточной частоты, второго смесителя, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, усилителя второй промежуточной частоты, первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, узкополосного фильтра, второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, фильтра нижних частот и первого сумматора, выход которого является выходом третьего приемного устройства, при этом управляющий вход блока поиска соединен с выходом порогового блока, каждый пеленгационный канал состоит из последовательно включенных антенны, смесителя, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, усилителя первой промежуточной частоты, перемножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, и узкополосного фильтра, отличается от ближайшего аналога тем, что третье приемное устройство снабжено шестью фазометрами, тремя вычитателями, вторым, третьим и четвертым сумматорами, причем к выходу узкополосного фильтра первого пеленгационного канала последовательно подключены первый фазометр и первый вычитатель, второй вход которого через второй фазометр соединен с выходом узкополосного фильтра второго пеленгационного канала, а выход подключен ко второму входу первого сумматора, третий вход которого через второй сумматор соединен с выходами первого и второго фазометров, к выходу узкополосного фильтра третьего пеленгационного канала последовательно подключены третий фазометр и второй вычитатель, второй вход которого через четвертый фазометр соединен с выходом узкополосного фильтра четвертого пеленгационного канала, а выход подключен к четвертому входу первого сумматора, пятый вход которого через третий сумматор соединен с выходами третьего и четвертого фазометров, вторые вход первого, второго, третьего и четвертого фазометров соединены с выходами второго гетеродина, к выходу усилителя первой промежуточной частоты первого пеленгационного канала последовательно подключены пятый фазометр, второй вход которого соединен с выходом усилителя первой промежуточной частоты третьего пеленгационного канала, и третий вычитатель, второй вход которого через шестой фазометр соединен с выходами усилителя первой промежуточной частоты второго и четвертого пеленгационных каналов, а выход подключен к шестому входу первого сумматора, седьмой вход которого через четвертый сумматор соединен с выходами пятого и шестого фазометров, приемные антенны измерительного и пеленгационных каналов размещены в виде прямоугольного треугольника, в вершине прямого угла которого помещена приемная антенна измерительного канала, общая для приемных антенн пеленгационных каналов.
Структурная схема спутниковой системы для определения местоположения судов и самолетов, потерпевших аварию, представлена на фиг. 1. Структурная схема третьего бортового приемного устройства изображена на фиг. 2. Взаимное расположение бортовых приемных антенн показано на фиг. 3. Временные диаграммы, поясняющие принцип работы демодулятора сложных сигналов с фазовой манипуляцией, изображены на фиг. 4.
Система содержит первый 1 и второй 2 аварийные радиобуи (АРБ), искусственный спутник Земли (ИСЗ) 3 и пункт 16 приема информации.
На ИСЗ 3 установлены последовательно включенные вторая антенна 5, второе приемное устройство 10, первое запоминающее устройство 12 и передатчик 14 с антенной 15, второй вход которого соединен с выходом первого приемного устройства 9 с первой приемной антенной 4, а третий вход - с выходом приемного устройства 10. К антеннам 4-8 последовательно подключены третье приемное устройство 11 и второе запоминающее устройство 13, выход которого соединен с четвертым входом передатчика 14, пятый вход которого соединен с выходом третьего приемного устройства 11.
Пункт 16 приема информации содержит последовательно включенные приемную антенну 17, приемное устройство 18, первое устройство 19 обработки информации, устройство 21 сопряжения с сетями связи, второй вход которого через второе устройство 20 обработки информации соединен с выходом приемного устройства 18, устройство 22 контроля и управления и устройство 23 связи поисково-спасательных организаций.
Третье приемное устройство 11 содержит измерительный и четыре пеленгационных канала.
Измерительный канал содержит последовательно включенные приемную антенну 4, первый смеситель 24, второй вход которого через первый гетеродин 30 соединен с выходом блока 29 поиска, усилитель 31 первой промежуточной частоты, удвоитель 37 фазы, второй измеритель 39 ширины спектра, блок 40 сравнения, второй вход которого через первый измеритель 38 ширины спектра соединен с выходом усилителя 31 первой промежуточной частоты, пороговый блок 41, второй вход которого через линию задержки 42 соединен с его выходом, ключ 43, второй вход которого соединен с выходом усилителя 31 первой промежуточной частоты, второй смеситель 45, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 44, усилитель 46 второй промежуточной частоты, первый перемножитель 48, второй вход которого соединен с выходом фильтра 51 нижних частот, узкополосный фильтр 50, второй перемножитель 49, второй вход которого соединен с выходом усилителя 46 второй промежуточной частоты, фильтр 51 нижних частот и первый сумматор 64, выход которого является выходом третьего приемного устройства. При этом управляющий вход блока 29 поиска соединен с выходом порогового блока 41.
Удвоитель 37 фазы, измерители 38 и 39 ширины спектра, блок 40 сравнения, пороговый блок 41, линия задержки 42 и ключ 43 образуют блок 36 обнаружения фазоманипулированного сигнала.
Перемножители 48 и 49, узкополосный фильтр 50 и фильтр 51 нижних частот образуют демодулятор 47 фазоманипулированного сигнала.
Каждый пеленгационный канал состоит из последовательно включенных приемной антенны 5 (6, 7, 8), смесителя 25 (26, 27, 28), второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 30, усилителя 32 (33, 34, 35) первой промежуточной частоты, перемножителя (52 (53, 54, 55), второй вход которого соединен с выходом усилителя 46 второй промежуточной частоты, узкополосного фильтра 56 (57, 58, 59) и фазометра 60 (61, 62, 63). К выходу усилителя 32 первой промежуточной частоты первого пеленгационного канала подключен фазометр 65, второй вход которого соединен с выходом усилителя 34 промежуточной частоты третьего пеленгационного канала. К выходу усилителя 33 первой промежуточной частоты второго пеленгационного канала подключен фазометр 66, второй вход которого соединен с выходом усилителя 35 промежуточной частоты четвертого пеленгационного канала. Выходы фазометров 60 и 61 через первый вычитатель 67 и второй сумматор 70 подключены к второму и третьему входам первого сумматора 64. Выходы фазометров 62 и 63 через второй вычитатель 68 и третий сумматор 71 подключены к четвертому и пятому входам первого сумматора 64. Выходы фазометров 65 и 66 через третий вычитатель 69 и четвертый сумматор 72 подключены к шестому и седьмому входам первого сумматора 64.
Система работает следующим образом.
В состав системы (нормальная конфигурация) входят четыре спутника, два из которых представляются и поддерживаются стороной КОСПАС и два - стороной САРСАТ. В настоящее время имеются три типа АРБ: авиационные, морские и переносные (для использования на суше), которые излучают сигналы, обнаруживаемые и принимаемые спутниками системы КОСПАС-САРСАТ с целью последующей ретрансляции на наземные станции - пункты приема информации (ППИ) для обработки и определения местоположения аварийных радиобуев (АРБ). Зона обслуживания системы КОСПАС-САРСАТ в режиме реального масштаба времени определяется количеством и географическим расположением ППИ. Каждый ППИ обслуживает район с радиусом примерно 2500 км. В систему КОСПАС-САРСАТ входят 15 ППИ, дислоцированных в семи странах. В России ППИ расположены в Москве, Архангельске, Владивостоке и Новосибирске.
Сообщения о бедствии и координаты аварийного объекта передаются через центр управления системы (ЦУС) либо национальный спасательно-координационный центр, либо в другой ЦУС или соответствующую поисково-спасательную службу с целью развертывания поисково-спасательной операции.
В составе системы КОСПАС-САРСАТ в настоящее время используются АРБ 1, работающие на частоте 121,5 МГц - международная авиационная аварийная частота - и в диапазоне частот 406-406,1 МГц, где используются АРБ 2, технически более сложные, чем АРБ 1.
Важной особенностью нового поколения АРБ является включение в состав его излучения цифрового сообщения, которое несет информацию о принадлежности АРБ (страна), идентификационном номере судна или самолета и виде бедствия.
Для обнаружения сигналов АРБ и определения их местоположения используются два режима работы: режим приема и передачи информации в реальном масштабе времени и режим приема с запоминанием информации на борту ИСЗ и ее последующей передачи на пункт приема информации при нахождении ИСЗ в зоне радиовидимости ППИ. АРБ 1 могут использоваться только в режиме непосредственной передачи, в то время как АРБ 2 могут использоваться в обоих режимах работы.
Частота настройки приемного устройства 9 равна 121,5 МГц, частота настройки приемных устройств 10 и 11 находится в диапазоне 406-406,1 МГц. Приемное устройство 10 выполняет следующие функции:
- демодуляцию цифровых сообщений, принятых от АРБ 2;
- измерение частоты принятого сигнала;
- привязку меток времени к проведенным измерениям.
Приемное устройство 11 выполняет следующие функции:
- обнаружение и селекцию фазоманипулированных (ФМн) сигналов в заданном диапазоне частот;
- синхронное детектирование ФМн сигналов;
- точное и однозначное определение местоположения АРБ 2 фазовым методом;
- привязку результатов проведенных измерений к меткам времени.
Просмотр заданного диапазона частот Df и поиск ФМн сигналов АРБ 2 осуществляется с помощью блока поиска 29, который периодически с периодом Тu по пилообразному закону изменяет частоту ωг1 гетеродина 30. В качестве блока поиска 29 может быть использован генератор пилообразного напряжения.
Принимаемые ФМн сигналы
u1(t)=U1⋅cos[(ωc±Δω)t+ϕk(t)+ϕ1],
u2(t)=U2⋅cos[(ωc±Δω)t+ϕk(t)+ϕ2],
u3(t)=U3⋅cos[(ωc±Δω)t+ϕk(t)+ϕ3],
u4(t)=U4⋅cos[(ωc±Δω)t+ϕk(t)+ϕ4],
u5(t)=U5⋅cos[(ωc±Δω)t+ϕk(t)+ϕ5], 0≤t≤Tc,
где U1-U5, ωc, ϕ1-ϕ5, Tc - амплитуды, несущая частота, начальные фазы и длительность сигналов;
±Δω - нестабильность несущей частоты, обусловленная различными дестабилизирующими факторами, в том числе и эффектом Доплера;
ϕk(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t), причем ϕk(t)=const при kτэ<t<(k+1) и может изменяться скачком при t=kτэ, т.е. на границах между элементарными посылками (k=1,2…, N-1) (фиг. 4, а);
τэ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Тc(Тc=N⋅τэ),
с выходов антенн 4-8 поступают на первые входы смесителей 24-28, на вторые входы которых подается напряжение гетеродина 30 линейно изменяющейся частоты:
uг1(t)=Uг1 ⋅cos(ωг1t+πγt2+ϕг1), 0≤t≤Тп,
где
Figure 00000001
- скорость изменения частоты гетеродина (скорость перестройки); Тп - период перестройки.
uпр1(t)=Uпр1 ⋅cos[(ωпр1±Δω)t+ϕk(t)-πγt2+ϕпр1],
uпр2(t)=Uпр2⋅cos[(ωпр1±Δω)t+ϕk(t)-πγt2+ϕпр2],
uпр3(t)=Uпр3⋅cos[(ωпр1±Δω)t+ϕk(t)-πγt2+ϕпр3]
uпр4(t)=Uпр4⋅cos[(ωпр1±Δω)t+ϕk(t)-πγt2+ϕпр4],
uпр5(t)=Uпр5⋅cos[(ωпр1±Δω)t+ϕk(t)-πγt2+ϕпр5], 0≤t≤Тс,
где
Figure 00000002
;
Figure 00000003
;
Figure 00000004
;
Figure 00000005
;
Figure 00000006
;
ωпр1=ωс-ωг1 - первая промежуточная частота;
ϕпр1=ϕ1-ϕг1; ϕпр2=ϕ2-ϕг1; ϕпр3=ϕ3-ϕг1;
ϕпр4=ϕ4-ϕг1; ϕпр5=ϕ5-фг1,
которые представляют собой сложные сигналы с комбинированной фазовой манипуляцией и линейной частотной модуляцией (ФМн-ЛЧМ) на промежуточной частоте.
Напряжение uпр1(t)-uпр5(t) поступают на первые входы перемножителей 52-55.
Напряжение uпр1(t) с выхода усилителя 31 первой промежуточной частоты поступает на вход обнаружителя 36, состоящего из удвоителя 37 фазы, первого 38 и второго 39 измерителей ширины спектра, блока 40 сравнения, порогового блока 41, линии задержки 42 и ключа 43.
На выходе удвоителя 37 фазы, в качестве которого может быть использован перемножитель, на два входа которого поступает один и тот же сигнал, образуется напряжение
u6(t)=U6⋅cos[2(ωпр1±Δω)t-2πγt2+2ϕпр1],
где
Figure 00000007
.
Так как 2ϕk(t)={0, 2π}, то в указанном напряжении манипуляция фазы уже отсутствует.
Ширина спектра Δf2 второй гармоники сигнала определяется длительностью Тс сигнала
Figure 00000008
, тогда как ширина спектра Δfc ФМн сигнала определяется длительностью τэ его элементарных посылок (Δfc=1/τэ), т.е. ширина спектра второй гармоники сигнала в N раз меньше ширины спектра входного сигнала:
Δƒс/Δƒ2=N.
Следовательно, при удвоении фазы ФМн сигнала его спектр сворачивается в N раз. Это обстоятельство и позволяет обнаружить ФМн сигнал путем фильтрации в узкой полосе частот даже тогда, когда его мощность на входе приемного устройства 11 меньше мощности шумов. Ширина спектра Δfc входного ФМн сигнала измеряется с помощью измерителя 38, а ширина спектра Δf2 второй его гармоники измеряется с помощью измерителя 39. Напряжения UI и UII, пропорциональные Δfc и Δf2, с выходов измерителей 38 и 39 ширины спектра сигналов поступают на два входа блока 40 сравнения. Так как UI>>UII, то на выходе блока 40 сравнения образуется постоянное напряжение, которое превышает пороговый уровень Uпор в пороговом блоке 41. Последний выбирается таким, чтобы его не превышали случайные помехи. Пороговое напряжение Uпор превышается только при обнаружении ФМн сигнала АРБ 2. При превышении порогового уровня Uпор в пороговом блоке 41 формируется постоянное напряжение, которое поступает на вход линии задержки 42, на управляющий вход ключа 43, открывая его, и на управляющий вход блока 29 поиска, переводя его в режим остановки. В исходном состоянии ключ 43 всегда закрыт. С этого момента времени просмотр заданного частотного диапазона Df и поиска ФМн сигналов прекращаются на время обработки обнаруженного сигнала, которое определяется временем задержки линии 42 задержки.
При прекращении перестройки гетеродина 30 усилителями 31-35 первой промежуточной частоты выделяются следующие напряжения:
uпр6(t)=Uпр1⋅cos[(ωпр1±Δω)t+ϕk(t)+ϕпр1],
uпр7(t)=Uпр2⋅cos[(ωпр1±Δω)t+ϕk(t)+ϕпр2],
uпр8(t)=Uпр3⋅cos[(ωпр1±Δω)t+ϕk(t)+ϕпр3],
uпр9(t)=Uпр4⋅cos[(ωпр1±Δω)t+ϕk(t)+ϕпр3]],
uпр10(t)=Uпр5⋅cos[(ωпр1±Δω)t+ϕk(t)+ϕпр5], 0≤t≤Tc.
Напряжение uпр6(t) с выхода усилителя 31 первой промежуточной частоты через открытый ключ 43 поступает на первый вход второго смесителя 45, на второй вход которого подается напряжение второго гетеродина 44
uг2(t)=Uг2 ⋅cos(ωг2t+ϕг2)
со стабильной частотой ωг2.
На выходе смесителя 45 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 46 выделяется напряжение второй промежуточной частоты
uпр11(t)=Uпр11 ⋅cos[(ωпр2±Δω)t+ϕk(t)+ϕпр6]],
где
Figure 00000009
;
ωпр2=ωпр1-ωг2 - вторая промежуточная частота;
ϕпр6=ϕпр1-ϕг2.
Это напряжение поступает на вход демодулятора 47 ФМн сигналов, состоящего из первого 48 и второго 49 перемножителей, узкополосного фильтра 50 и фильтра 51 нижних частот.
Напряжение uпр11(t) (фиг. 4, б) с выхода усилителя 46 второй промежуточной частоты поступает на первые входы перемножителей 48 и 49. На второй вход перемножителя 49 с выхода узкополосного фильтра 50 подается опорное напряжение (фиг. 4, в).
u0(t)=U0⋅cos[(ωпр2±Δω)t+ϕпр6], 0≤t≤Tc.
В результате перемножения образуется результирующее напряжение:
uΣ(t)=Uн⋅cosϕkt+Uн ⋅cos[2(ωпр2±Δω)t+ϕkt+2ϕпр6],
где
Figure 00000010
.
Аналог модулирующего кода (фиг. 4, г)
uн(t)=Uн ⋅cosϕkt, 0≤t≤Тс
выделяется фильтром 51 нижних частот и поступает на первый вход первого сумматора 64 и на второй вход перемножителя 48. На выходе последнего образуется гармоническое напряжение
u0(t)=U0⋅cos[(ωпр2±Δω)t+ϕпр6], 0≤t≤Тс,
где
Figure 00000011
,
которое выделяется узкополосным фильтром 50 и поступает на второй вход перемножителя 49.
Следовательно, демодулятор 47 ФМн сигналов обеспечивает выделение опорного напряжения непосредственно из самого принимаемого ФМн сигнала и свободен от явления «обратной работы», присущей известным демодуляторам (схема Пистолькорса А.А., Сидорова В.И., Костаса Д.Ф. и Травина Г.А.).
Напряжение uпр11(t) с выхода усилителя 46 второй промежуточной частоты одновременно подается на вторые входы перемножителей 52-55 пеленгационных каналов. На выходах перемножителей 52-55 образуются следующие гармонические напряжения:
u7(t)=U7⋅cos(ωг2t+ϕг2+Δϕ1),
u8(t)=U8⋅cos(ωг2t+ϕг2+Δϕ2),
u9(t)=U9⋅cos(ωг2t+ϕг2+Δϕ3),
u10(t)=U10⋅cos(ωг2t+ϕг2+Δϕ4), 0≤t≤Тс,
где
Figure 00000012
;
Figure 00000013
;
Figure 00000014
;
Figure 00000015
;
Figure 00000016
;
Figure 00000017
;
Figure 00000018
;
Figure 00000019
.
Указанные гармонические напряжения u7(t)-u10(t) выделяются узкополосными фильтрами 56-59 и поступают на первые входы фазометров 60-63 соответственно. На вторые входы фазометров 60-63 подается напряжение uг2(t) второго гетеродина 44. Фазометры 60-63 измеряют фазовые сдвиги Δϕ1, Δϕ2, Δϕ3 и Δϕ4.
Напряжения u7(t) и u9(t), u8(t) и U10(t) подаются на два входа фазометров 65 и 66 соответственно, которые измеряют фазовые сдвиги
Figure 00000020
,
Figure 00000021
.
Измеренные фазовые сдвиги Δϕ1 и Δϕ2, Δϕ3 и Δϕ4, Δϕ5 и Δϕ6 с выходов фазометров 60 и 61, 62 и 63, 65 и 66 поступают на два входа вычитателей 67, 68, 69 и сумматоров 70, 71, 72 соответственно.
На выходе указанных вычитателей формируются разности разностей фаз
Δϕр1=Δϕ2-Δϕ1,
Δϕр2=Δϕ4-Δϕ3,
Δϕр3=Δϕ6-Δϕ5,
эквивалентные измерению фазовых сдвигов на измерительных базах, длина которых определяется разностью измерительных баз
d5=d2-d1,
d6=d4-d3,
d11=d10-d9.
Таким образом, выбирая разности измерительных баз d5, d6, d11 достаточно малыми, можно обеспечить формирование грубых, но однозначных шкал отсчета азимута α, угла места β и угла ориентации γ АРБ.
На выходе сумматоров 70, 71, 72 образуются суммы разностей фаз
Δϕс1=Δϕ1+Δϕ2,
Δϕс2=Δϕ3+Δϕ4,
Δϕс3=Δϕ5+Δϕ6,
эквивалентные измерению фазовых сдвигов на измерительных базах, длина которых определяется суммой измерительных баз:
d7=d1+d2,
d8=d3+d4,
d12=d9+d10.
Так формируются точные, но неоднозначные шкалы отсчета азимута α, угла места β и угла ориентации γ АРБ.
В результате между сформированными косвенным методом и измерительными базами устанавливаются следующие неравенства:
Figure 00000022
,
Figure 00000023
,
Figure 00000024
.
Итак, при использовании особого расположения антенн и формировании измерительных баз косвенным методом после измерения вышеуказанным способ одновременно с высокой точностью и при условии однозначным - азимута α, угла места β и угла ориентации γ - можно определить местоположение АРБ судна или самолета, потерпевшего аварию, за один прилет летательного аппарата.
Время задержки τ3 линии задержки 42 выбирается таким, чтобы можно было произвести обработку и анализ обнаруженного ФМн сигнала. По истечении этого времени напряжение с выхода линии задержки 42 поступает на вход сброса порогового блока 41 и сбрасывает его в начальное (нулевое) состояние. При этом блок 29 поиска переводится в режим перестройки, а ключ 43 закрывается, т.е. переводится в исходное состояние. В случае обнаружения следующего ФМн сигнала на другой несущей частоте, излучаемого аварийным радиобуем другого объекта, потерпевшего аварию, система работает аналогичным образом.
Вся полученная на борту ИСЗ 3 информация от аварийных радиобуев включается в состав формата цифрового сообщения, передаваемого на ППИ 16. Сформированное цифровое сообщение передается со скоростью 2400 бит/с в реальном масштабе времени после предварительной обработки и одновременно записывается в запоминающие устройства 12 и 13. Передача информации из ЗУ 12 и 13 производится в том же формате и с той же скоростью, что и в реальном масштабе времени, в результате чего ППИ 16 принимает хранящиеся в бортовых ЗУ 12 и 13 сообщения АРБ 2, накопленные за время полного витка спутника вокруг Земли.
Если в момент передачи информации из ЗУ 12 и 13 на вход приемных устройств 10 или 11 спутника поступает сигнал от АРБ 2, то передача прерывается для обработки сигнала, информация о котором после обработки включается в формат сообщения для передачи ППИ 16.
В сообщение включается соответствующее число в двоичном виде, показывающее вид режима передачи: реальный масштаб времени или из запоминающих устройств, кроме того, идентифицируется время передачи последнего сообщения из запоминающих устройств.
На вход бортового передатчика 14 подается информация от приемных устройств 9, 10Ю 11 и ЗУ 12 и 13. Мощность излучения передатчика 14 может регулироваться с наземного комплекса управления системой. В передатчике 14 также используется фазовая манипуляция несущей частоты композиционным кодом в каскадах ее формирования, затем колебание переводится на частоту 1544,5 МГц, усиливается до необходимого уровня и излучается антенной 15 в направлении ППИ 16.
На ППИ 16 принятый сигнал с выхода приемного устройства 18 поступает на вход устройств 19 и 20 обработки информации. Причем устройство 19 обеспечивает обработку информации, поступающей на АРБ 1, а устройство 20 обеспечивает обработку информации, поступающей от АРБ 2. Обработанная информация сопрягается с сети связи, по которым необходимая информация доводится до поисково-спасательных организаций.
В качестве тревожных сигналов используются сложные сигналы с фазовой манипуляцией.
С точки зрения обнаружения сложные ФМн сигналы обладают 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 мощностью. 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 изменений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку ФМн сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемных устройств.
Кроме того, сложные ФМн 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. Принципиально можно отказаться от традиционного метода разделение рабочих частот используемого диапазона между работающими аварийными радиобуями и селекции их на борту ИСЗ с помощью частотных фильтров. Его можно заменить новым методом, основанным на одновременной работе каждым АРБ во всем диапазоне частот Df сигналами с фазовой манипуляцией с выделением приемными устройствами 10 и 11 сигнала необходимого АРБ посредством его структурной селекции.
Предлагаемая система инвариантна к виду модуляции и нестабильности несущей частоты, так как пеленгация аварийных радиобуев осуществляется на стабильной частоте ωг2 второго гетеродина 44. Поэтому указанные факторы не оказывают влияния на фазовые измерения.
Таким образом, предлагаемая система по сравнению с базовым объектом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает формирование измерительных баз косвенным методом, точное и однозначное определение местоположения аварийных радиобуев, размещенных на судах и самолетах, потерпевших аварию.
Предлагаемый принцип определения местоположения АРБ с борта спутников данной системы отражает новый подход к фазовой пеленгации источников радиоизлучения (ИРИ). Он базируется на том, что приемные антенны должны располагаться в виде прямоугольного треугольника, в вершине прямого угла которого размещается приемная антенна 4 измерительного канала. Фазовый пеленгатор с таким расположением антенн инвариантен к виду модуляции (манипуляции) и нестабильности несущей частоты принимаемых сигналов. Классическое расположение антенн и измерительных баз в виде симметричного креста не обеспечивает этого качества. Кроме того, формирование измерительных баз косвенным методом обеспечивает точную и однозначную пеленгацию ИРИ даже в тех случаях, когда из-за конструктивных ограничений это сделать невозможно, например, на борту летательного аппарата.
Предложенный подход к фазовой пеленгации ИРИ может найти широкое применение на практике. Возможность реализации предлагаемой схемы исследовалась в рамках научно-технического проекта «Региональная информационно-коммуникационная система «Петерспутник».
Тем самым функциональные возможности системы расширены.

Claims (1)

  1. Спутниковая система для определения местоположения судов и самолетов, потерпевших аварию, содержащая на судах и самолетах аварийные радиобуи, на искусственных спутниках Земли последовательно включенные второе приемное устройство со второй антенной, первое запоминающее устройств и передатчик с антенной, второй вход которого соединен с выходом первого приемного устройства с первой антенной, третий вход - с выходом второго приемного устройства, последовательно включенные третье приемное устройство с третьей, четвертой и пятой антеннами и второе запоминающее устройство, выход которого соединен с четвертым входом передатчика, пятый вход которого соединен с выходом третьего приемного устройства, причем первая и вторая антенны подключены также и к третьему приемному устройству, на пунктах приема информации последовательно включенные приемное устройство с антенной, первое устройство обработки информации, устройство сопряжения с сетями связи, второй вход которого через второе устройство обработки информации соединен с выходом приемного устройства, устройство контроля и управления и устройство связи поисково-спасательных организаций, третье приемное устройство содержит измерительный и четыре пеленгационных каналов, при этом измерительный канал состоит из последовательно включенных первой антенны, первого смесителя, второй вход которого через первый гетеродин соединен с выходом блока поиска, первого усилителя первой промежуточной частоты, удвоителя фазы, второго измерителя ширины спектра, блока сравнения, второй вход которого через первый измеритель ширины спектра соединен с выходом первого усилителя первой промежуточной частоты, порогового блока, второй вход которого через линию задержки соединен с его выходом, ключа, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя первой промежуточной частоты, второго смесителя, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, усилителя второй промежуточной частоты, первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, узкополосного фильтра, второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, фильтра нижних частот и первого сумматора, выход которого является выходом третьего приемного устройства, при этом управляющий вход блока поиска соединен с выходом порогового блока, каждый пеленгационный канал состоит из последовательно включенных антенны, смесителя, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, усилителя первой промежуточной, перемножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, и узкополосного фильтра, отличающаяся тем, что третье приемное устройство снабжено шестью фазометрами, тремя вычитателями, вторым, третьим и четвертым сумматорами, причем к выходу узкополосного фильтра первого пеленгационного канала последовательно подключены первый фазометр и первый вычитатель, второй вход которого через второй фазометр соединен с выходом узкополосного фильтра второго пеленгационного канала, а выход подключен ко второму входу первого сумматора, третий вход которого через второй сумматор соединен с выходами первого и второго фазометров, к выходу узкополосного фильтра третьего пеленгационного канала последовательно подключены третий фазометр и второй вычитатель, второй вход которого через четвертый фазометр соединен с выходом узкополосного фильтра четвертого пеленгационного канала, а выход подключен к четвертому входу первого сумматора, пятый вход которого через третий сумматор соединен с выходами третьего и четвертого фазометров, вторые входы первого, второго, третьего и четвертого фазометров соединены с выходом второго гетеродина, к выходу усилителя первой промежуточной частоты первого пеленгационного канала последовательно подключены пятый фазометр, второй вход которого соединен с выходом усилителя первой промежуточной частоты третьего пеленгационного канала, и третий вычитатель, второй вход которого через шестой фазометр соединен с выходами усилителей первой промежуточной частоты второго и четвертого пеленгационных каналов, а выход подключен к шестому входу первого сумматора, седьмой вход которого через четвертый сумматор соединен с выходами пятого и шестого фазометров, приемные антенны измерительного и пеленгационных каналов размещены в виде прямоугольного треугольника, в вершине прямого угла которого помещена приемная антенна измерительного канала, общая для приемных антенн пеленгационных каналов.
RU2016135407A 2016-08-30 2016-08-30 Спутниковая система для определения местоположения судов и самолетов, потерпевших аварию RU2629000C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016135407A RU2629000C1 (ru) 2016-08-30 2016-08-30 Спутниковая система для определения местоположения судов и самолетов, потерпевших аварию

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016135407A RU2629000C1 (ru) 2016-08-30 2016-08-30 Спутниковая система для определения местоположения судов и самолетов, потерпевших аварию

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2629000C1 true RU2629000C1 (ru) 2017-08-24

Family

ID=59744951

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016135407A RU2629000C1 (ru) 2016-08-30 2016-08-30 Спутниковая система для определения местоположения судов и самолетов, потерпевших аварию

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2629000C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2723443C1 (ru) * 2019-04-20 2020-06-11 Роман Евгеньевич Стахно Спутниковая система для определения местоположения судов и самолетов, потерпевших аварию

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2175770C1 (ru) * 2000-10-02 2001-11-10 Дикарев Виктор Иванович Фазовый способ пеленгации и фазовый пеленгатор для его осуществления
US6388617B1 (en) * 1998-10-02 2002-05-14 Acr Electronics, Inc. Radio beacon with a GPS interface for automatically activated EPIRBs
RU2201601C2 (ru) * 2001-04-03 2003-03-27 Заренков Вячеслав Адамович Спутниковая система для определения местоположения судов и самолётов, потерпевших аварию
RU2258940C1 (ru) * 2003-12-31 2005-08-20 Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского Спутниковая система для определения местоположения судов и самолетов, потерпевших аварию
US20120268321A1 (en) * 2011-04-19 2012-10-25 The Boeing Company Global Positioning System Signal Reception with Increased Resistance to Interference
JP2012207957A (ja) * 2011-03-29 2012-10-25 Mitsubishi Electric Corp 監視装置
RU2496116C1 (ru) * 2012-05-14 2013-10-20 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт космического приборостроения" (ОАО "НИИ КП") Аварийный радиобуй

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6388617B1 (en) * 1998-10-02 2002-05-14 Acr Electronics, Inc. Radio beacon with a GPS interface for automatically activated EPIRBs
RU2175770C1 (ru) * 2000-10-02 2001-11-10 Дикарев Виктор Иванович Фазовый способ пеленгации и фазовый пеленгатор для его осуществления
RU2201601C2 (ru) * 2001-04-03 2003-03-27 Заренков Вячеслав Адамович Спутниковая система для определения местоположения судов и самолётов, потерпевших аварию
RU2258940C1 (ru) * 2003-12-31 2005-08-20 Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского Спутниковая система для определения местоположения судов и самолетов, потерпевших аварию
JP2012207957A (ja) * 2011-03-29 2012-10-25 Mitsubishi Electric Corp 監視装置
US20120268321A1 (en) * 2011-04-19 2012-10-25 The Boeing Company Global Positioning System Signal Reception with Increased Resistance to Interference
RU2496116C1 (ru) * 2012-05-14 2013-10-20 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт космического приборостроения" (ОАО "НИИ КП") Аварийный радиобуй

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2723443C1 (ru) * 2019-04-20 2020-06-11 Роман Евгеньевич Стахно Спутниковая система для определения местоположения судов и самолетов, потерпевших аварию

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9442188B2 (en) Negative pseudo-range processing with multi-static FMCW radars
US4912475A (en) Techniques for determining orbital data
Ma et al. Maritime target detection using GNSS-based radar: Experimental proof of concept
JPH11183586A (ja) 特にｇｐｓ型の、完全高周波航行用受信装置
RU2518428C2 (ru) Фазовый способ пеленгации и фазовый пеленгатор для его осуществления
Zeng et al. A novel subsidence monitoring technique based on space-surface bistatic differential interferometry using GNSS as transmitters
JP2019090791A (ja) 単一の移動プラットフォームから測定された到達周波数（ｆｏａ）を使用する、エミッタの場所決定
Yu Theory and practice of GNSS reflectometry
AU602198B2 (en) Techniques for determining orbital data
RU2629000C1 (ru) Спутниковая система для определения местоположения судов и самолетов, потерпевших аварию
Clements et al. Dual-Satellite Geolocation of Terrestrial GNSS Jammers from Low Earth Orbit
EP3881093B1 (en) Locator system and related localization method and service with innovative time and frequency sinchronization of localizator transponders
RU2630272C2 (ru) Система для определения местоположения самолетов, потерпевших катастрофу
Lind et al. Intercepted signals for ionospheric science
RU2201601C2 (ru) Спутниковая система для определения местоположения судов и самолётов, потерпевших аварию
RU2723443C1 (ru) Спутниковая система для определения местоположения судов и самолетов, потерпевших аварию
RU2258940C1 (ru) Спутниковая система для определения местоположения судов и самолетов, потерпевших аварию
Navrátil et al. Exploiting terrestrial positioning signals to enable a low-cost passive radar
RU2411532C1 (ru) Устройство для определения расстояния между воздушными судами
Battista et al. New APNT ranging signals as an opportunity for rationalizing ground infrastructure
RU2027195C1 (ru) Спутниковая система для определения местоположения судов и самолетов, потерпевших аварию
RU2299832C1 (ru) Система для обнаружения человека, терпящего бедствие на воде
RU2624634C1 (ru) Способ определения скорости распространения и направления прихода ионосферного возмущения
RU2627683C1 (ru) Вертолетный радиотехнический комплекс для обнаружения &#34;черного ящика&#34; с сигнализацией самолета, потерпевшего катастрофу
Ilčev New Aspects of Progress in the Modernization of the Maritime Radio Direction Finders (RDF)

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180831