Устройство и способ энергосбережения автономного приемопередатчика морского радиогидроакустического буя
ARRANGEMENT AND METHOD OF ENERGY SAVING OF THE AUTONOMOUS TRANSCEIVER OF THE MARINE RADIOHYDROACOUSTIC BUOY

Изобретение относится к области функционирования морских радиогидроакустических буев (РГБ), предназначенных для приема/передачи информации о подводной обстановке по гидроакустическому каналу и радиоканалу. РГБ используются в военных целях [1], а также при исследованиях и мониторинге Мирового океана и других акваторий.
РГБ состоит из двух основных модулей: гидроакустического, предназначенного для приема/передачи информации по гидроакустическому каналу, и радиотехнического, предназначенного для приема/передачи информации по радиоканалу. Оба модуля располагаются в едином корпусе. РГБ сбрасывается в воду с самолетов (вертолетов) или выпускается из подводной лодки. После выпуска в воду РГБ всплывает, выпуская в воду гидроакустическую антенну, а в воздушную среду - радиоантенну. Поскольку РГБ принципиально является автономным, существенным фактором является проблема энергопитания устройств РГБ, в том числе энергосбережения.
Задачи энергосбережения являются актуальными практически для всех устройств, в том числе имеющих в своем составе приемо-передающие средства, что характерно для систем радиосвязи. В патенте [2] при связи с несколькими абонентами анализируют скорость передачи и объем информации первому абоненту и на основании этих данных адаптируют скорость передачи информации второму абоненту, обеспечивая энергосбережение. При наличии нескольких абонентов в патенте [3] предлагается анализировать трафик сообщений, уменьшая скорость передачи информации при более свободном трафике.
Наиболее близкими по функциональным и конструктивным характеристикам к предлагаемым способу и устройству являются способ и устройство, представленные в статье [4], которые приняты за прототип.
В статье [4] описываются общие принципы энергосбережения. В случае приемоизлучающего устройства устройство энергосбережения содержит микроконтроллер управления и контроля энергопотребления источника электропитания приемопередатчика, а способ его функционирования заключается в переводе в активный режим приемопередатчика при сеансе связи и переводе в «спящий» режим в паузах между сеансами связи с помощью этого микроконтроллера,
Недостатком такого решения является его малая эффективность применительно к сложным условиям работы РГБ.
Техническим результатом предложенного изобретения является снижение энергетических затрат при работе РГБ.
Для обеспечения указанного технического результата в устройство энергосбережения автономного приемопередатчика морского РГБ, содержащее первый микроконтроллер (МК1) управления и контроля энергопотребления источника электропитания приемопередатчика введены новые признаки, а именно: дополнительно введены второй микроконтроллер (МК2), причем МК1 выполнен высокоскоростным со сравнительно большим энергопотреблением и с возможностью снижения тактовой частоты, а МК2 выполнен низкоскоростным с малым энергопотреблением; и датчик-акселерометр, при этом источник электропитания последовательно соединен через МК2 с МК1, а датчик-акселерометр соединен с МК1 через переключатель.
В способе энергосбережения автономного приемопередатчика морского РГБ, состоящем в переводе в активный режим приемопередатчика при сеансе связи и переводе в «спящий» режим в паузах между сеансами связи с помощью первого микроконтроллера (МК1), новые признаки заключаются в том, что с помощью введенного второго микроконтроллера (МК2) в «спящем» режиме дополнительно понижают тактовую частоту МК1, а в период сеанса связи с помощью введенного акселерометра отслеживают положение этого акселерометра и включают передатчик, когда положение акселерометра близко к апогею морской волны.
РГБ содержит несколько узлов, каждый из которых выполняет определенную задачу. В предлагаемом нами варианте, вводимый, низко энергопотребляющий микроконтроллер 2 (МК2) обеспечивает поочередное и повременное включение узлов, которые необходимы в конкретный момент времени в зависимости от программы работы, а наличие акселерометра позволяет осуществлять передачу оптимальным образом, когда буй находится в максимальных точках по вертикали - в апогее волны.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1, на которой приведена функциональная схема - заявленное устройство энергосбережения в составе РГБ.
Заявляемый автономный цифровой приемопередатчик содержит низкопроизводительный, с малым энергопотреблением второй микроконтроллер (МК2) 3, соединенный линиями питания с высокопроизводительным первым микроконтроллером (МК1) 2 и с акселерометром 7. МК2 соединен по питанию с аккумуляторной батареей (АКБ) 1. МК1 и акселерометр соединены также между собой линиями данных. Поскольку заявляемое устройство является частью РГБ, на фиг. 1 в качестве поясняющего примера представлены дополнительные узлы, которые присутствуют или могут присутствовать в РГБ: спутниковый модем 4, радиомодем 5 и гидроакустический модем 6. Модемы 4-6 линиями данных соединены с МК1, а модемы 4-6 -  с соответствующими им антеннами 8-10.
Представленные на фиг. 1 устройства описаны в известных источниках: микроконтроллеры являются элементами средств вычислительной техники; модемы 4-6 принципиально выполняют одинаковые функции (модуляция/демодуляция сигналов), применительно к устройствам связи описаны в книге [5]; акселерометр является стандартным устройством для регистрации ускорений.
С помощью предложенного устройства заявленный способ осуществляется следующим образом: АКБ 1 подает питание на МК2 3, который коммутирует питание по узлам буя в зависимости от режима работы и запрограммированной программы. При этом потребление энергии существенно сокращается, т.к. энергия расходуется только на активный узел. Остальные узлы при этом отключены, т.е. не расходуют вхолостую заряд АКБ. В рабочем режиме МК2 подает питание на необходимые в данный момент времени модемы, в зависимости от рабочей программы, при этом незадействованные модемы отключены. Для экономии энергии АКБ передача по УКВ связи или спутниковой связи осуществляется в оптимальное время в зависимости от положения буя, которое контролируется акселерометром в трех координатных плоскостях. Оптимальное условие передачи - в максимальных точках по вертикали (на апогее морской волны). При поступлении сообщения МК2 включает МК1, который принимает сообщение от работающего модема и согласно программе отправляет его на другой модем, который включает МК2. После завершения передачи модем обесточивается до следующего сеанса связи.
МК2 выполняет дополнительные задачи:
- управление спящим режимом устройств из информационной цепи буя;
- управление снижением тактовой частоты высокопроизводительного контроллера при отсутствии задач по обработке и передачи данных;
- отключение всех систем буя в режиме глубокого сна, при аварии, критическом заряде аккумуляторной батареи и т.п.
Таким образом, осуществляется экономия электроэнергии батареи и оптимизация работы РГБ с помощью данных от акселерометра.
Источники информации
1. Форский Л. Радиосвязные буи ВМС иностранных государств // Заруб. военное обозрение, 2000, №11.
2. Пат. РФ №2351099. Способ управления скоростью передачи и контроллер радиосвязи. МПК H04W 92/10. Заявл. 24.08.2006, опубл. 27.03.2009.
3. Пат. РФ №2574727. Способ управления схемой адаптивной модуляции и устройство беспроводной передачи, снабженное схемой адаптивной модуляции. МПК H04W 28/18. Заявл. 07.06.2012, опубл. 10.02.2016.
4. Андреев Ю.В., Ефремова Е.В., Лазарев В.А. Энергосберегающие режимы приемопередатчиков в сверхширокополосных сенсорных сетях // Журнал радиоэлектроники, 2012, №1.
5. Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений. М., Сов. радио, 1970.