RU95203U1

RU95203U1 - INTERNAL EMERGENCY COMMUNICATION DEVICE

Info

Publication number: RU95203U1
Application number: RU2010105534/22U
Authority: RU
Inventors: Владимир Львович Васюков; Владимир Иванович Жилинков; Андрей Андреевич Катанович; Валерий Николаевич Ершов; Анатолий Владимирович Черенков
Original assignee: ФГУ "24 Центральный научно-исследовательский институт МО РФ"
Priority date: 2010-02-16
Filing date: 2010-02-16
Publication date: 2010-06-10

Abstract

Внутрикорабельное устройство аварийной связи, состоящее из переносных радиостанций, размещенных в каждом из отсеков объекта, отличающееся тем, что переносные радиостанции выполнены в виде приемопередающих широкополосных блоков, при этом передатчик радиостанции состоит из цифровой платы, которая первым входом соединена с микрофоном, а вторым входом - с модулятором, который, в свою очередь, первым входом соединен с генератором хаоса, а вторым входом - с передающей широкополосной антенной через усилитель, причем приемник радиостанции состоит из широкополосной приемной антенны, соединенной с цифровой платой через детектор огибающей, которая соединена с регистрирующим устройством (телефоном). An intra-ship emergency communication device, consisting of portable radio stations located in each of the compartments of the facility, characterized in that the portable radio stations are made in the form of broadband transceiver blocks, while the radio transmitter consists of a digital board, which is connected to the microphone by the first input and the second input by with a modulator, which, in turn, is connected to the chaos generator by the first input and the transmitting broadband antenna through the amplifier by the second input, and the receiver of the radio station It comes from a broadband receiving antenna connected to a digital board through an envelope detector, which is connected to a recording device (telephone).

Description

Полезная модель относиться к области электрорадиотехники и может быть использована для организации аварийной радиосвязи на кораблях.The utility model relates to the field of electrical engineering and can be used to organize emergency radio communications on ships.

Главным требованием к аварийной связи является обеспечение устойчивой связи между абонентами, находящимися в герметизированных и практически полностью экранированных помещениях.The main requirement for emergency communication is to ensure stable communication between subscribers located in sealed and almost completely shielded rooms.

Известна «Система внутрикорабельной аварийной связи». Патент РФ №2108671, Н04В 7/177 1985 г. Она содержит симметричную направляющую линию, вдоль которой расположены абонентские приборы безбатарейной телефонной связи, малогабаритные приемопередатчики, портативные радиостанции и блоки сопряжения абонентских приборов безбатарейной телефонной связи с приемопередатчиками. Для приема и передачи речевой информации используется физическая цепь двухпроводной линии, по которой передаются электромагнитные волны. Сигналы с приемопередатчиков передаются по двухпроводной линии связи в обе стороны и через блок сопряжения поступают на другие приемопередатчики, эти же сигналы проходят через приемопередатчики, усиливаются в блоках сопряжения и излучаются в отсеках корабля. Излучение принимается портативными радиостанциями.The well-known "System of shipboard emergency communications." RF patent №2108671, Н04В 7/177 1985. It contains a symmetrical guide line along which there are subscriber devices of batteryless telephony, small-sized transceivers, portable radio stations and blocks for interfacing subscriber devices of battery-free telephony with transceivers. The physical circuit of a two-wire line is used to receive and transmit voice information, along which electromagnetic waves are transmitted. The signals from the transceivers are transmitted via a two-wire communication line in both directions and through the interface block are transmitted to other transceivers, the same signals pass through the transceivers, amplified in the interface blocks and emitted in the compartments of the ship. Radiation is received by portable radios.

Недостатком этой системы является то, что она не обеспечивает гарантированной аварийной связи на корабле вследствие того, что при выгорании любого из отсеков выгорают и проводные линии связи.The disadvantage of this system is that it does not provide guaranteed emergency communication on the ship due to the fact that when any of the compartments burn out, the wired communication lines also burn out.

Таким образом, надежность и эффективность работы существующей системы внутрикорабельной аварийной связи недостаточна и находится в зависимости от внешних факторов (состояние кабельных трасс).Thus, the reliability and efficiency of the existing system of shipborne emergency communications is insufficient and depends on external factors (condition of cable routes).

Целью полезной модели является повышение надежности и живучести аварийной внутрикорабельной связи.The purpose of the utility model is to increase the reliability and survivability of emergency intra-ship communications.

Поставленная цель достигается тем, что аварийное устройство внутрикорабельной связи, состоящее из переносных радиостанций, размещаемых в каждом из отсеков корабля, переносные радиостанции выполнены в виде приемопередающих широкополосны блоков, при этом передатчик радиостанции состоит из цифровой платы которая первым входом соединена с микрофоном, а вторым входом с модулятором, который в свою очередь первым входом соединен с генератором хаоса, а вторым входом с передающей широкополосной антенной через усилитель, причем приемник радиостанции состоит из широкоплосной приемной антенны соединенной с цифровой платой через детектор огибающей, которая соединена с регистрационным устройствомThis goal is achieved by the fact that the emergency device for intra-ship communication, consisting of portable radios located in each compartment of the ship, the portable radios are made in the form of transceiver broadband units, while the transmitter of the radio station consists of a digital board which is connected to the microphone by the first input and the second input with a modulator, which in turn is connected to the chaos generator by the first input, and a transmitting broadband antenna through an amplifier, and the radio receiver station consists of a broadband receiving antenna connected to a digital board through an envelope detector, which is connected to a recording device

На Фиг.1 представлена структурная схема устройства.Figure 1 presents the structural diagram of the device.

Устройство содержит: 1 - микрофон; 2 - цифровую плату; 3 - модулятор; 4 - усилитель; 5 - генератор хаоса; 6 - передающую антенну; 7 - приемную антенну; 8 - детектор огибающей; 9 - цифровую плату; 10 - регистрирующее устройство.The device contains: 1 - microphone; 2 - digital board; 3 - modulator; 4 - amplifier; 5 - chaos generator; 6 - transmitting antenna; 7 - receiving antenna; 8 - envelope detector; 9 - digital board; 10 - recording device.

Микрофон 1 служит для ввода информации в передающее устройство. Цифровая плата 2 осуществляет преобразование аналогового сигнала в цифровой сигнал и подачу его на модулятор 3. Модулятор 3 производит цифровое модулирования информации в последовательность импульсов. Усилитель мощности 4 обеспечивает усиление сигналов модулятора в заданной полосе частот до требуемого уровня на антенном разъеме. Генератор хаоса 5 служит для генерации хаотичных сигналов. Антенно-фидерный тракт 6 излучает сверхширокополосный сигнал. Приемный тракт 7 принимает сверхширокополосный сигнал. Детектор огибающий 8 служит для приема сверхширокополосных сигналов. Цифровая плата 9 осуществляет преобразования цифрового сигнала в аналоговый сигнал. Регистрирующее устройство 10 служит для приема и регистрации аналоговых сигналов.Microphone 1 is used to enter information into the transmitting device. The digital board 2 converts the analog signal into a digital signal and feeds it to the modulator 3. Modulator 3 digitally modulates the information into a pulse train. The power amplifier 4 provides amplification of the modulator signals in a given frequency band to the desired level on the antenna connector. The chaos generator 5 serves to generate chaotic signals. Antenna-feeder path 6 emits an ultra-wideband signal. The receiving path 7 receives an ultra-wideband signal. The envelope detector 8 is used to receive ultra-wideband signals. The digital board 9 converts a digital signal into an analog signal. The recording device 10 is used to receive and register analog signals.

Принципиальное отличие устройства построенного на технологии сверхширокополосных (СШП) сигналов на основе сверхкоротких импульсов от традиционных радиосистем - это отсутствие несущей частоты.The fundamental difference between a device built on the technology of ultra-wideband (UWB) signals based on ultrashort pulses from traditional radio systems is the absence of a carrier frequency.

Свойствами этих сигналов является жесткая связь длительности импульса с шириной спектра мощности и характерная форма спектра мощности, простирающаяся от 0 до частоты f=1/τ, где τ - длина ультракороткого импульса. Ширина основного лепестка спектра сигнала (Δf) обратно пропорциональна длительности импульса (τ).The properties of these signals are a rigid connection of the pulse duration with the width of the power spectrum and the characteristic shape of the power spectrum, extending from 0 to frequency f = 1 / τ, where τ is the length of the ultrashort pulse. The width of the main lobe of the signal spectrum (Δf) is inversely proportional to the pulse duration (τ).

Характеристики спектра такого импульса отличаются от СВЧ - излучения электронного генератора (радиоимпульса) отсутствием высокочастотного заполнения.The spectrum characteristics of such a pulse differ from the microwave radiation of an electronic generator (radio pulse) by the absence of high-frequency filling.

Сверхширокополосный сигнал без несущей формируется сверхкороткими одиночными импульсами, следующими друг за другом с большой переменной скважностью, позволяющей получить шумоподобный, сверхширокополосный спектр излучаемого сигнала с низким уровнем спектральных составляющих. Сверхширокополосный импульс без несущей формируется в виде цуга сфазированных волн в модуляторе 3 усиливается усилителем 4 и излучается сверхширокополосной антенной 6 при ее возбуждении сверхкоротким видеоимпульсом и при длительности 1-2 нсек имеет посылку излучения спектра 200-1000 Мгц. В данном диапазоне частот самые минимальные искажения и потери при распространении радиоволн, а также получаются небольшие габариты СШП антенны.An ultra-wideband signal without a carrier is formed by ultrashort single pulses following each other with a large variable duty cycle, which allows to obtain a noise-like, ultra-wideband spectrum of the emitted signal with a low level of spectral components. An ultra-wideband pulse without a carrier is formed in the form of a train of phased waves in a modulator 3 amplified by an amplifier 4 and is emitted by an ultra-wideband antenna 6 when it is excited by an ultrashort video pulse and, for a duration of 1-2 nsec, has a radiation spectrum of 200-1000 MHz. In this frequency range, the most minimal distortion and loss during the propagation of radio waves, as well as the small dimensions of the UWB antenna are obtained.

Схемотехническое решение передатчика позволяет осуществлять безинерционную регулировку мощности излучения по заданной дальности связи, при которой уровень СШП сигнала будет в 3…5 раз (6-10 Дб) больше уровня собственных шумов приемника.The transmitter circuitry allows for inertia-free adjustment of the radiation power over a given communication range, at which the UWB signal level will be 3 ... 5 times (6-10 dB) higher than the receiver's noise floor.

Антенно-фидерный тракт СШП приемопередатчика обеспечивает прием и передачу цуга сфазированных волн с минимальными искажениями по амплитуде и фазе в диапазоне частот 200-1000 Мгц. Энергетический выигрыш в ключевом режиме работы приемопередатчика пропорционален скважности следования импульсов (примерно, в 100-200 раз больше аналогичного передатчика сигналов с несущей частотой).The antenna-feeder path of the UWB transceiver provides reception and transmission of a train of phased waves with minimal distortion in amplitude and phase in the frequency range 200-1000 MHz. The energy gain in the key mode of the transceiver is proportional to the duty cycle of the pulses (approximately 100-200 times more than a similar signal transmitter with a carrier frequency).

Рассмотри принцип работы СШП импульса. Импульсные сигналы малой плотности (большой скважности) состоящие из небольшого числа (n=4…8) импульсов могут практически без заметных потерь в помехоустойчивости приниматься некогерентно. Некогерентный прием позволяет исключить необходимость поиска по частоте. Бинарное квантование позволяет на основе применения дискретной техники строить оптимальные фильтры сигналов, не нуждающиеся в полосе сигнала по времени. Для передачи информации сверхширокополосным сигналом используется импульсно-позиционная модуляция - позволяющая получать более равномерный спектр их трех основных способов цифрового модулирования информации в последовательность импульсов.Consider the principle of operation of the UWB pulse. Pulse signals of low density (high duty cycle) consisting of a small number (n = 4 ... 8) of pulses can be received incoherently with almost no noticeable loss in noise immunity. Incoherent reception eliminates the need for frequency search. Binary quantization allows, based on the use of discrete technology, to build optimal signal filters that do not need a signal band in time. To transmit information with an ultra-wideband signal, pulse-position modulation is used - which allows for a more uniform spectrum of their three main methods of digitally modulating information into a sequence of pulses.

Прием в сигнальном канале осуществляется во временных окнах. Длительность которых сопоставима с длительностью импульса (2-4 нсек), что обеспечивает эффективную схему защиты от переотраженных сигналов и имитационных помех за счет задержки. Фиксирование моментов приема производится по сигналам синхронизации.Reception in the signal channel is carried out in time windows. The duration of which is comparable with the duration of the pulse (2-4 nsec), which provides an effective protection scheme from echoed signals and simulation noise due to delay. The reception moments are recorded by synchronization signals.

Защита от помех реализована на методе компенсации помех на дисперсионной линии задержки, позволяющий в сочетании с пороговым обнаружителем получить максимальную пропускную способность СШП канала при соответствии сигнал/помеха на выходе устройства обработки до 10 дБ.Protection against interference is implemented using the method of compensating for interference on the dispersion delay line, which allows, in combination with a threshold detector, to obtain the maximum bandwidth of the UWB channel with a signal / noise output of the processing device of up to 10 dB.

При совместной работе СШП радиосредств (PC) с обычным узкополосным PC, в полосе частот приемника последнего попадает лишь небольшая часть энергии СШП сигнала, так как постоянная времени входной цепи узкополосного приемного устройства τ=1/Δf, которая определяет время нарастания амплитуды входного сигнала до установившегося значения, будет намного больше длительности СШП импульса τ. Кроме того. При равной мощности, излучаемой узкополосным и СШП PC, удельная мощность на единицу полосы (Вт/МГЦ) у СШП PC будет примерно на три порядка меньше. Это означает, что в приемник узкополосного PC попадает лишь тысячная доля энергии СШП сигнала. В результате общее ослабление СШП сигнала в приемнике узкополосного PC по сравнению с влиянием на этот приемник сигнала аналогичного узкополосного PC, составляет примерно 1000 раз. На Фиг.2 показана зависимость коэффициента ослабления мешающего сигнала СШП k от несущей частоты f узкополосного PC. На Фиг.2 обозначены: Δf - ширина полосы частот узкополосного PC; F - ширина спектра сигнала СШП PC.When UWB radio facilities (PC) work together with an ordinary narrow-band PC, only a small part of the UWB signal energy gets into the frequency band of the receiver of the latter, since the time constant of the input circuit of the narrow-band receiver τ = 1 / Δf, which determines the rise time of the amplitude of the input signal to the steady state values, will be much longer than the duration of the UWB pulse τ. Besides. With equal power emitted by narrowband and UWB PC, the specific power per unit band (W / MHz) of UWB PC will be about three orders of magnitude less. This means that only a thousandth of the UWB signal energy gets into the narrowband PC receiver. As a result, the overall attenuation of the UWB signal in a narrow-band PC receiver compared to the effect of a similar narrow-band PC on this receiver is about 1000 times. Figure 2 shows the dependence of the attenuation coefficient of the interfering UWB signal k on the carrier frequency f of narrowband PC. Figure 2 marked: Δf is the bandwidth of the narrowband PC; F is the spectral width of the UWB PC signal.

Из выше изложенного следует, что простым изменением длительности импульсных сверхширокополосных сигналов и их скважности можно обеспечить ЭМС с узкополосными средствами связи при сохранении дальности передачи информации.From the foregoing it follows that a simple change in the duration of the pulsed ultra-wideband signals and their duty cycle can provide EMC with narrow-band communications while maintaining the range of information transmission.

Заявляемое устройство может быть применено для аварийной внутрикорабельной связи с возможностью работы в закрытых отсеках за счет высокой проницаемости сигналов и высокой защищенности от помех при многолучевом распространении радиоволн. Так при сверхмалой мощности сигнала (менее 1 мВт) в диапазоне 1000 МГц, обеспечивается высокая проницаемость сигналов через межотсечные перекрытия с соотношением сигнал/помеха 2-3 дБ.The inventive device can be used for emergency intra-ship communication with the ability to work in closed compartments due to the high permeability of the signals and high immunity to interference during multipath propagation of radio waves. So with ultra-low signal power (less than 1 mW) in the range of 1000 MHz, high permeability of signals through intersectional overlap with a signal-to-noise ratio of 2-3 dB is ensured.

Claims

An intra-ship emergency communication device, consisting of portable radio stations located in each of the compartments of the facility, characterized in that the portable radio stations are made in the form of broadband transceiver blocks, while the radio transmitter consists of a digital board, which is connected to the microphone by the first input and the second input by with a modulator, which, in turn, is connected to the chaos generator by the first input and the transmitting broadband antenna through the amplifier by the second input, and the receiver of the radio station It comes from a broadband receiving antenna connected to a digital board through an envelope detector, which is connected to a recording device (telephone).