RU2723443C1

RU2723443C1 - Спутниковая система для определения местоположения судов и самолетов, потерпевших аварию

Info

Publication number: RU2723443C1
Application number: RU2019112057A
Authority: RU
Inventors: Роман Евгеньевич Стахно; Сергей Алексеевич Алексеев; Николай Петрович Парфенов; Виктор Иванович Дикарев
Original assignee: Роман Евгеньевич Стахно; Сергей Алексеевич Алексеев; Николай Петрович Парфенов; Виктор Иванович Дикарев
Priority date: 2019-04-20
Filing date: 2019-04-20
Publication date: 2020-06-11

Abstract

Изобретение относится к спутниковым системам для определения местоположения аварийных радиобуев (АРБ), предающих радиосигналы бедствия. Техническим результатом является повышение помехоустойчивости и достоверности принимаемых сложных сигналов с фазовой манипуляцией путем подавления ложных сигналов(помех), принимаемых по дополнительным каналам, и узкополосных помех, принимаемых по основному каналу. Система содержит первый 1 и второй 2 аварийный радиобуй(АРБ), искусственный спутник земли(ИСЗ) 3 и пункт 16 приема информации. ИСЗ 3 содержит антенны 4-8, приемные устройства 9-11, запоминающие устройства 12 и 13, передатчик 14 с антенной 15. Пункт 16 приема информации содержит приемную антенну 17, приемное устройство 18, первое 19 и второе 20 устройство обработки информации, устройство 21 сопряжения с сетями связи, устройство 22 контроля и управления, устройство 23 связи поисково-спасательных организаций. Третье приемное устройство 11 содержит измерительный и четыре пеленгационных канала. Измерительный канал содержит приемную антенну 4, смесители, гетеродины, усилитель первой промежуточной частоты, блок поиска, обнаружитель ФМн сигналов, удвоитель фазы, измерители ширины спектра, блок сравнения, пороговый блок, линию задержки, ключи, усилитель второй промежуточной частоты, демодулятор ФМн сигналов, перемножитель, узкополосные фильтры, фильтры нижних частот, усилитель суммарной частоты, амплитудный детектор, фазоинверторы, блок вычитания. Пеленгационные каналы содержат приемные антенны 4-8, смесители, усилители первой промежуточной частоты, перемножители, узкополосные фильтры, фазометры, сумматоры, вычитатели. 4 ил.

Description

Предлагаемая система, называемая системой КОСПАС-САРСАТ, предназначена для определения местоположения аварийных радиобуёв (АРБ), передающих радиосигналы бедствия на частоте 121,5 МГц и в диапазоне частот 406-406,1 МГц.

Известны системы для определения местоположения судов и самолетов, потерпевших аварию (Патенты РФ №№ 2.201.601, 2.175.770, 2.258.940, 2.496.116, 2.629.000; патент США №6.388.617; 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 предполагаемой является «Спутниковая система для определения местоположения судов и самолетов потерпевших аварию» (Патент РФ №2.629.000, G01S(5/04,2016), которая и выбрана в качестве прототипа.

Третье приемное устройство 11 известной системы построено по супергетеродинной схеме, в нем одно и то же значение первой промежуточной частоты

может быть получено в результате приема сигналов на двух частотах

и

, т.е.

и

.

Следовательно, если частоту настройки

принять за основной канал приема, то наряду с ним будет иметь место зеркальный канал приема, частота

которого отличается от частоты

на

и расположена симметрично (зеркально) относительно частоты

первого гетеродина (фиг.4). Преобразование по зеркальному каналу приема происходит с тем же коэффициентном преобразования

, что и по основному каналу. Поэтому он наиболее существенно влияет на избирательность и помехоустойчивость третьего приемного устройства.

Кроме зеркального существуют и другие дополнительные (комбинационные) каналы приема. В общем виде любой комбинационный канал приема имеет место при выполнении условия:

где

- частота i-комбинационного канала приема;

m, n, i – целые положительные числа.

Наиболее вредными комбинационными каналами приема являются каналы, образующиеся при взаимодействии первой гармоники частоты сигнала с гармониками частоты гетеродина малого порядка(второй, третьей), так как чувствительность третьего приемного устройства по этим каналам близка к чувствительности основного канала приема. Так, двум комбинационным каналам приема при

и n=2 соответствует частоты:

и

где

- вторая гармоника частоты первого гетеродина.

Кроме того, по основному каналу на частоту

могут поступать узкополосные помехи.

Наличие ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам, а также узкополосных помех, принимаемых по основному каналу, приводит к снижению помехоустойчивости и достоверности приема сложных сигналов с фазовой манипуляцией.

Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости, и достоверности приема сложных сигналов с фазовой манипуляцией путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам, и узкополосных помех, принимаемых по основному каналу.

Поставленная задача решается тем, что спутниковая система для определения местоположения 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 входом блока поиска, и первого усилителя первой промежуточной частоты, из последовательно включенных удвоителя фазы, второго измерителя ширины спектра, блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого измерения ширины спектра, порогового блока, второй вход которого через линию задержки соединен с его выходом, первого ключа, второго смесителя, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, усиления второй промежуточной частоты, первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом первого фильтра нижних частот, первого узкополосного фильтра, второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом усиления второй промежуточной частоты, и первого фильтра нижних частот, 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, 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 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 размешены в виде прямоугольного треугольника, в вершине прямого угла которого помешена приемная антенна измерительного канала, общая для приемных антенн пеленгационных каналов, отличается от ближайшего аналога тем, что измерительный канал третьего приемного устройства снабжен усилителем суммарной частоты, амплитудным детектором, вторым ключом, третьим и четвертым перемножителями, вторым узкополосным фильтром, вторым фильтром нижних частот, двумя фазоинверторами и блоком вычитания, причем к выходу первого смесителя последовательно подключены усилитель суммарной частоты, амплитудный детектор и второй ключ, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя первой промежуточной частоты, а выход подключен к входам удвоителя фазы и первого измерителя ширины спектра и к второму входу первого ключа, к выходу усилителя второй промежуточной частоты последовательно подключены третий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго фазоинвертора, второй узкополосный фильтр, первый фазоинвертор, четвертый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, второй фильтр нижних частот и второй фазоинвертор, выходы первого и второго фильтров нижних частот через блок вычитания подключены к первому входу первого сумматора.

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. Частотная диаграмма изображена 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, второй ключ 75, удвоитель 37 фазы, второй измеритель 39 ширины спектра, блок 40 сравнения, второй вход которого через первый измеритель 38 ширины спектра соединен с выходом второго ключа 75, пороговый блок 41, второй вход которою через линию задержки 42 соединен с его выходом, первый ключ 43, второй вход которого соединен с выходом второго ключа 75, 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 первого фильтра 51 нижних частот, первый узкополосный фильтр 50, второй перемножитель 49, второй вход которого соединен с выходом усилителя 46 второй промежуточной частоты, первый фильтр 51 нижних частот. При этом управляющий вход блока 29 поиска соединен с выходом порогового блока 41.

К выходу первого смесителя 24 последовательно подключены усилитель 73 суммарной частоты и амплитудный детектор 74, выход которого соединен с вторым ходом второго ключа 75.

К выходу усилителя 46 второй промежуточной частоты последовательно подключены третий перемножитель 76, второй вход которого соединен с выходом второго фазоинвертора 81, второй узкополосный фильтр 78, первый фазоинвертор 80, четвертый перемножитель 77, второй вход которого соединен с выходом усилителя 46 второй промежуточной частоты, второй фильтр 79 нижних частот и второй фазоинвертор 81. Выходы первого 51 и второго 79 фильтров нижних частот через блок 82 вычитания подключены к первому входу первого сумматора 64, выход которого является выходом приемного устройства.

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, 49, 76 и 77 узкополосные фильтры 50 и 78, фильтры 51 и 79 нижних частот, фазоинверторы 80 и 81 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 ко 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 цепью 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 Т_п по пилообразному закону изменяет частоту

гетеродина 30. В качестве блока поиска 29 может быть использован генератор пилообразного напряжения.

Принимаемые ФМн сигналы:

,

где

- амплитуды, несущая частота, начальные фазы и длительность сигналов;

- нестабильность несущей частоты, обусловленная различными дестабилизирующими факторами, в том числе и эффектом Доплера;

- манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом

причем

при

и может изменятся скачком при

т.е. на границах между элементарными посылками (k= 1.2..., N-1);

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

С выходов антенн 4-8 поступают па первые входы смесителей 24-28, на вторые входы которых подается напряжение гетеродина 30 линейно изменяющейся частоты:

где

- скорость изменения частоты гетеродина (скорость перестройки);

- период перестройки.

Усилителями 31-35 выделяются следующие напряжения:

где

- промежуточная частота;

которые представляют собой сложные сигналы с комбинированной фазовой манипуляцией и линейной частотной модуляцией (ФМн-ЛЧМ) на промежуточной частоте.

Напряжение

поступают на первые входы перемножителей 52-55.

На выходе первого смесителя 24 образуется напряжение суммарной частоты

где

- суммарная частота;

,

которое выделяется усилителем 73 суммарной частоты и поступает на вход амплитудного детектора 74. Продетектированное напряжение (огибающая) поступает на управляющий вход второго ключа 75 и открывает его. В исходном состоянии второй ключ 75 всегда закрыт. При этом напряжение

с выходом усилителя 31 первой промежуточной частоты через открытый ключ 75 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 первого 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

где

.

Так как

то в указанном напряжении манипуляция фазы уже отсутствует. Ширина спектра

второй гармоники сигнала определяется длительность

сигнала

, тогда как ширина спектра

ФМн сигнала определяется длительностью

, его элементарных посылок

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

.

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

входного ФМн сигнала измеряется с помощью измерителя 38, а ширина спектра

второй его гармоники измеряется с помощью измерителя 39. Напряжения

и

пропорциональные

и

, с выходов измерителей 38 и 39 ширины спектра сигналов поступают на два входа блока 40 сравнения. Так как

то на выходе блока 40 сравнения образуется постоянное напряжение, которое превышает пороговый уровень

в пороговом блоке 41.

Последний выбирается таким, чтобы его не превышали случайные помехи. Пороговое напряжение

превышается только при обнаружении ФМн сигнала АРБ 2. При превышении порогового уровня

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:

Напряжение

с выхода усилителя 31 первой промежуточной частоты через открытые ключи75 и 43 поступает на первый вход второго смесителя 45. на второй вход которого подается напряжение второго гетеродина 44

со стабильной частотой

.

На выходе смесителя 45 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 46 выделяется напряжение второй промежуточной частоты

где

- вторая промежуточная частота;

.

Это напряжение поступает на вход демодулятора 47 ФМн сигналов, состоящего из перемножителей 48, 49, 76 и 77, узкополосных фильтров 50 и 78, фильтров 51 и 79 нижних частот, фазоинверторов 80 и 81 и блока 82 вычитания.

Напряжение

с выхода усилителя 46 второй промежуточной частоты поступает на первые входы перемножителей 48, 49, 76 и 77. На вторые входы перемножителей 49 и77 с выходов узкополосного фильтра 50 и фазоинвертора 80 подаются опорные напряжения соответственно:

.

В результате перемножения указанных сигналов образуются результирующие напряжения:

где

.

Аналоги модулируются когда:

,

выделяются фильтрами 51 и 79 нижних частот соответственно и подаются на два входа блока 82 вычитания.

Вычитая одно из другого указанные напряжения с учетом их противоположной полярности, на выходе блока 82 вычитания образуется удвоенное(сумарное) напряжение

где

,

т.е. получается сложение по абсолютной величине величин напряжений

и

Низкочастотное напряжение

с выхода блока 82 вычитания поступает на первый вход первого сумматора 64.

При этом амплитудные (узкополосные) помехи проходят через два демодулятора одинаково, изменяя амплитуды выходных продетектированных напряжений в одну и ту же сторону. Но в блоке 82 вычитания они вычитаются, оставаясь однополярными, т.е. подавляются, взаимно компенсируются.

Низкочастное напряжение

с выхода фильтра 79 нижних частот поступают на вход фазоинвертора 81, на выходе которого образуются низкочастное напряжение

.

Низкочастное напряжение

и

с выходов фильтра 51 нижних частот и фазоинвертора 81 поступают на вторые входы перемножителей 48 и 76 соответственно, на выходе которых образуются гармонические напряжения

где

,

.

Данные напряжения выделяются узкополосными 50 и 78 соответственно. Напряжение

с выхода узкополосного фильтра 50 подается на второй вход перемножителя 49. Напряжение

выделяется узкополосным фильтром 78 и поступает на вход фазоинвертора 80, на выходах которого образуется напряжение

которое подается на второй вход перемножителя 77.

Следовательно, демодулятор 47 ФМн сигналов, состоящий из перемножителей 48, 49, 76 и 77, узкополосных фильтров 50 и 78, фильтров 51 и 79 нижних частот, фазоинверторов 80 и 81 и блока 82 вычитания, обеспечивает выделения опорных напряжений непосредственно из самого принимаемого ФМн сигнала на второй промежуточной частоте

свободен от явления «обратной работы», присущей известным демодулятором (схема Пистолькорса А.А., Сифорова В.И., Костаса Д.Ф. и Травина Г.А) и обеспечивает подавление узкополосных помех, принимаемых по основному каналу.

Напряжение

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:

,

где

Указанные гармонические напряжения

выделяются узкополосными фильтрами 56-59 и поступают на первые входы фазометров 60-63 соответственно. На вторые входы фазометров 60-63 подастся напряжение

второго гетеродина 44. Фазометры 60-63 измеряют фазовые сдвиги

и

.

Напряжения

и

подаются на два входа фазометров 65 и 66 соответственно, которые измеряют фазовые сдвиги

Измеренные фазовые сдвиги

и

с выходов фазометров 60 и 61, 62 и 63, 65 и 66 поступают па два входа вычитателей 67, 68, 69 и сумматоров 70, 71, 72 соответственно.

На выходе укапанных вычитателей формируются разности разностей фаз

эквивалентные измерению фазовых сдвигов на измерительных базах, длина которых определяется разностью измерительных баз

Таким образом, выбирая разности измерительных

достаточно малыми, можно обеспечить формирование грубых, но однозначных шкал отсчета азимута

, угла места

и угла ориентации

АРБ.

На выходе сумматоров 70,71,72 образуются суммы разностей фаз

эквивалентные измерению фазовых сдвигов на измерительных базах, длина которых определяется суммой измерительных баз:

Так формируются точные, но неоднозначные шкалы отсчета азимута

, угла места

и угла ориентации

АРБ.

В результате между сформированными косвенным методом измерительными базами устанавливаются следующие неравенства:

.

Итак, при использовании особого расположения антен и формировании измерительных баз косвенным методом после измерения вышеуказанным способом одновременно с высокой точностью и при условии однозначным - азимута

, угла места

и угла ориентации

- можно определить местоположение АРБ судна или самолета, потерпевшего аварию, за один пролет летательного аппарата.

Время задержки

линии задержки 42 выбирается таким, чтобы можно было произвести обработку и анализ обнаруженного ФМн сигнала. По истечении этого времени напряжение 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.

Описанная выше работа третьего приемного устройства 11 соответствует случаю приема ФМн сигналов по основному каналу на

.

Если ложный сигнал(помеха) поступает по зеркальному каналу на частоте

,

то на выходе первого смесителя 24 образуется следующие напряжения:

,

где

- промежуточная (разностная) частота;

- суммарная частота

;

.

Напряжение

выделяется усилителем 31 первой промежуточной частоты.

Однако напряжение

не попадает в полосу пропускания усилителя 73 суммарной частоты. Это объясняется тем, что первая суммарная частота

отличается от частоты настройки

усилителя 73 суммарной частоты на

(фиг.4):

.

Второй ключ 75 в этом случае не открывается и ложный сигнал(помеха), принимаемый по зеркальному каналу на частоте

, подавляется.

По аналогичной причине подавляются ложные сигналы (помехи), принимаемые по другим дополнительным каналам.

Вся полученная па борту ИС3 информация от аварийных радиобуев включается в состав формата цифрового сообщения, передаваемого на ППИ 16. Сформированное цифровое сообщение передастся 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 н 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 сообщении 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, 10 и11 и ЗУ 12 и 13. Мощность излучения передатчика 14 может регулирования 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.

Па 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 сетями 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 боргу 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 инварианта к виду модуляции и нестабильности несущей частоты, так как пеленгация аварийных радиобуев осуществляется на стабильной частоте

второго гетеродина 44. Поэтому указанные факторы не оказывают влияния на фазовые измерения.

Предлагаемая система обеспечивает формирование измерительных баз косвенным методом, точное и однозначное определение мест 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 размешается приемная антенна 4 измерительного канала. Фазовый пеленгатор с таким расположением антен 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 метолом 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 «Петерспутпик».

Таким образом, предлагаемая система по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышенную помехоустойчивость и достоверность приема сложных сигналов с фазовой манипуляцией, излучаемых аварийными радиобуями. Это достигается за счет подавления ложных сигналов(помех), принимаемых по дополнительным каналам, и узкополосных помех, принимаемых по основному каналу.

Причем для подавления ложных сигналов(помех), принимаемым по дополнительным(зеркальному и комбинационным) каналом используются метод суммарной частоты, который реализуется усилителем 73 суммарной частоты, амплитудным детектором 74 и вторым ключом 75.

Следует отметить, что любой смеситель при работах на линейном участке вольт-амперной характеристики представляет собой перемножитель и реализуется следующий алгоритм

.

Как правило, используется только разностная составляющая, т.е. напряжение промежуточной (разностной) частоты.

В предлагаемом техническом решении используются обе составляющие. Причем суммарная составляющая используется для подавления ложных сигналов(помех), принимаемых по дополнительным каналам(метод суммарной частоты).

Узкополосные помехи, принимаемые по основному каналу, подавляются универсальным демодулятором сложных ФМн сигналов. Кроме того, указанный демодулятор свободен от явления «обратной работы», присущей известным демодуляторам сложных ФМн сигналов (схема Пистолькорса А.А., Сифорова В.И., Костаса Д.Ф. и Травина Г.А.).

Авторы:

1. Стахно Роман Евгеньевич

2. Алексеев Сергей Алексеевич

3. Парфенов Николай Петрович

4. Дикарев Виктор Иванович.

Claims

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, трети 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, и первого усилителя первой промежуточной частоты, из последовательно включенных удвоителя фазы, второго измерителя ширины спектра, блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого измерителя ширины спектра, порогового блока, второй вход которого через линию задержки соединен с его выходом, первого ключа, второго смесителя, второй выход которого соединен выходом второго гетеродина, усилителя второй промежуточной частоты, первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом первого фильтра нижних частот, первого узкополосного фильтра, второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, и первого фильтра нижних частот, 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 первою гетеродина, усилителя первой промежуточной, перемножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, и узкополосного фильтра, причем к выходу узкополосного фильтра первою 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, отличающаяся тем, что измерительный канал третьего приемного устройства снабжен усилителем суммарной частоты, амплитудным детектором, вторым ключом, третьим и четвертым перемножителями, вторым узкополосным фильтром, вторым фильтром нижних частот, двумя фазаинверторами и блоком вычитания, причем к выходу первого смесителя последовательно подключены усилитель суммарной частоты, амплитудный детектор и второй ключ, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя первой промежуточной частоты, а выход подключен к входам удвоителя фазы и первого измерителя ширины спектра и к второму входу первого ключа, к входу усилителя второй промежуточной частоты последовательно подключены третий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго фазоинвертора, второй узкополосный фильтр, первый фазоинвертор, четвертый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, второй фильтр нижних частот и второй фазоинвертор, выходы первого и второго фильтров нижних частот через блок вычитания подключены к первому входу сумматора.