АВАРИЙНО-СПАСАТЕЛЬНЫЙ РАДИОМАЯК

Полезная модель относится к области радиотехники и используется как аварийно-спасательная навигационная аппаратура индивидуального назначения для передачи аварийного сообщения через искусственные спутники Земли системы КОСПАС-САРСАТ на станции приема и обработки информации (СПОИ) и привода спасательных средств к месту бедствия.
По классификации КОСПАС-САРСАТ предлагаемый радиомаяк относится к классу персональных радиомаяков, предназначенных для поиска и спасания туристов, охотников, альпинистов, путешественников (и т.д.) на суше и воде.
Известен аварийный радиомаяк, содержащий опорный генератор, синтезатор, модулятор, генератор модуляции, контроллер, усилитель и выходную антенну [Заявка США №2005/0073458, кл. G01S 19/48; G01S 5/02, опубл. 07.04.2005].
К недостаткам этого маяка можно отнести отсутствие приводного канала частоты 121,5 МГц, по которому осуществляется поиск потерпевших бедствие людей, что может привести к увеличению времени поиска самих потерпевших в создавшейся аварийной ситуации.
Кроме того, известный радиомаяк не позволяет постоянно отслеживать местоположение объекта, записи в память и чтения из памяти координат, по которым можно определить направление маршрута и пройденное расстояние.
Известен аварийный радиомаяк, включающий корпус, установленные в нем управляющее устройство (логический модуль активации), приемник навигационных сигналов от спутниковой системы GPS, аварийный передатчик, передающий сигнал бедствия на спутниковую систему КОСПАС/САРСАТ, узел голосовой связи в виде сотового телефона, передающий и принимающий сообщение и сигналы по беспроводной линии системы Глобальной Мобильной Связи GSM, блок индикации в виде жидкокристаллического дисплея, приемная и приемопередающая антенны, источник питания, пульт управления, включающий кнопки активации и отмены активации радиомаяка, и входное устройство выбора опции события, Второй вариант аварийного устройства дополнительно содержит датчики и диктофон [WO 2008121612 А1, Н04М 11/04, опубл. 09.10.2008].
Известный радиомаяк обладает следующими недостатками.
Использование приемника навигационных сигналов только от спутниковой системы GPS значительно сужает область радиовидимости потребителя. Так как GPS изначально разрабатывалась как система двойного назначения - для военных и гражданских нужд, то установленная точность определения местоположения для подавляющего числа гражданских пользователей военное ведомство США умышленно ухудшило исходную точность системы в 2-2,5 раза. Точность навигационных определений в системе GPS ниже, чем «ГЛОНАСС». Погрешность определений (с вероятностью 0,95) в GPS при максимальной солнечной активности не превышают 100 м для горизонтальных и 156 м - для вертикальных координат.
Кроме того, в известном радиомаяке отсутствует функция постоянного слежения местоположения объекта, записи в память и чтения из памяти координат, по которым можно воспроизвести направление маршрута и пройденное расстояние.
Наиболее близким техническим решением является аварийно-спасательный радиомаяк, включающий корпус, установленные в нем радиомодуль, содержащий управляющее устройство, выполненное в виде микроконтроллера с опорным генератором, передатчик частоты на 406 МГц, передатчик приводного канала частоты 121,5 МГц, диплексер с режекторным фильтром, приемник навигационных сигналов от систем GPS и/или ГЛОНАСС, пульт управления, блок индикации в виде жидкокристаллического дисплея и светодиодных индикаторов, симплексное переговорное устройство, приемную и приемо-передающую антенны и модуль питания, содержащий узел питания и включения, аккумулятор и батарею [Патент РФ №2438144, з-ка №2010141589/09 (059633), кл. G01S 1/08, приоритет от 11.10,2010, опубл. в декабре 2011].
Недостатками известного радиомаяка являются невозможность постоянного отслеживания местоположения людей, а так же направления маршрута и пройденного расстояния.
Задачей полезной модели является создание радиомаяка индивидуального назначения с возможностью постоянного отслеживания местоположения, записи в память и чтения из памяти координат, по которым можно определить местоположение бедствия или направление маршрута и пройденное расстояние.
Поставленная задача решается тем, что аварийно-спасательный радиомаяк, включающий корпус, установленные в нем радиомодуль, содержащий управляющее устройство, выполненное в виде микроконтроллера с опорным генератором, передатчик частоты на 406 МГц, передатчик приводного канала частоты 121,5 МГц, диплексер с режекторным фильтром, приемник навигационных сигналов от систем GPS и/или ГЛОНАСС, пульт управления, блок индикации в виде жидкокристаллического дисплея и светодиодных индикаторов, симплексное переговорное устройство, приемную и приемо-передающую антенны и модуль питания, содержащий узел питания и включения, аккумулятор и батарею, снабжен модулем навигации, содержащим управляющее устройство в виде микроконтроллера с опорным генератором и второй пульт управления, передающей антенной и датчиком воды, приемник навигационных сигналов выполнен комбинированным с возможностью приема сигналов GALILEO, приемник навигационных сигналов, первый и второй пульты управления и датчик воды соединены с четырьмя входами микроконтроллера модуля навигации, три выхода которого соединены с входами жидкокристаллического дисплея и светодиодных индикаторов, микроконтроллер модуля навигации соединен первой двунаправленной шиной с узлом питания и включения модуля питания, а микроконтроллеры модуля навигации и радиомодуля соединены между собой второй двунаправленной шиной, вход передающей антенны соединен с выходом радиомодуля, первый вход узла питания и включения модуля питания соединен с выходом первого пульта управления, а его второй вход соединен с аккумулятором или с батареей питания
На фиг.1 представлена структурная схема аварийно-спасательного радиомаяка аварийного режима.
На фиг.2 - структурная схема аварийно-спасательного радиомаяка режима определения географических координат.
На фиг.3 - структурная схема радиомодуля
На фиг.4 - структурная схема модулей навигации и питания.
Аварийно-спасательный радиомаяк содержит радиомодуль 1, модуль навигации 2, модуль питания 3, приемную антенну 4 ГЛОНАСС/GPS/GALILEO, передающую антенну 5 и приемо-передающую антенну 6.
Радиомодуль содержит первый микроконтроллер 7 с опорным генератором 8, передатчик частоты 406 МГц 9, передатчик приводного канала частоты 121,5 МГц 10, симплексное переговорное устройство на частоте 121,5 МГц 11, диплексер 12, переключатель Прием/Передача 13.
Передатчик приводного канала частоты 121,5 МГц содержит синтезатор на 121, 5 МГц 14, опорный генератор 15, амплитудный модулятор 16 и усилитель мощности 17
Симплексное переговорное устройство на частоте 121,5 МГц включает передатчик 18 голосового сигнала с микрофоном приемник голосового сигнала с динамиком 19.
Модуль питания 3 содержит первый пульт управления 20 и узел питания и включения 21.
Модуль навигации 2 содержит второй микроконтроллер 22 с опорным генератором 23, приемник навигационных сигналов 24 с приемной антенной 4, второй пульт управления 25, два двухцветных светодиода 26, цветной жидкокристаллический (далее ЖК) дисплей 27 и датчик воды 28.
Приемник навигационных сигналов 24, первый и второй пульты управления 20, 25 и датчик воды 28 соединены с четырьмя входами микроконтроллера 22 модуля навигации 2, три выхода которого соединены с входами жидкокристаллического дисплея 27 и светодиодных индикаторов 28.
Микроконтроллер 22 модуля навигации соединен первой двунаправленной шиной с узлом питания и включения 21 модуля питания 3.
Микроконтроллеры модуля навигации 22 и радиомодуля 7 соединены между собой второй двунаправленной шиной.
Вход передающей антенны 5 соединен с выходом радиомодуля 1.
Первый вход узла питания и включения 21 модуля питания 3 соединен с выходом первого пульта управления 20, а его второй вход соединен с аккумулятором 29 или с батареей питания 30.
Первый пульт управления 20 расположен на боковой поверхности корпуса радиомаяка и содержит кнопки «ВКЛ/ВЫКЛ», «АВАРИЯ», «Симплексная связь», «Подсвет», при этом две первые кнопки защищены пломбами от случайного нажатия.
Второй пульт управления 25 расположен на лицевой поверхности корпуса радиомаяка и содержит кнопки «ТРЕКЕР», «ВВЕРХ», «ВНИЗ» и «Выбор».
Корпус изделия радиомаяка выполнен из высокопрочного легкого пластика - акрилонитрилбутадиенстирола.
Аварийно-спасательный радиомаяк работает следующим образом.
Работа радиомаяка в аварийном режиме осуществляется от батареи питания 30.
При включении радиомаяка в аварийный режим «АВАРИЯ» одновременно с передатчиком частоты 406 МГц 9 включается передатчик приводного канала 121,5 МГц 10, симплексное переговорное устройство 11 и навигационный приемник «ГЛОНАСС/GPS/GALILEO» 24.
Включение радиомаяка в режим «АВАРИЯ» кнопкой (или автоматичеси от датчика воды 28) индицируется светодиодными индикаторами «АВАРИЯ» и «ГЛОНАСС/GPS/GALILEO» 26, которые на короткое время засветятся зеленым цветом, сигнализируя о включении радиомаяка в аварийный режим. Через несколько секунд они погаснут.
Включение навигационного приемника 24 кратковременно индицируется светодиодным индикатором «ГЛОНАСС/GPS/GALILEO» 26, после чего инициируется контроль исправности или неисправности навигационного приемника 24 светодиодным индикатором «ГЛОНАСС/GPS/GALILEO» 26.
Если навигационный приемник 24 исправен, то светодиодный индикатор «ГЛОНАСС/GPS/GALILEO» 26 загорается зеленым светом, следовательно, можно приступать к приему координат местоположения. Если навигационный приемник 24 неисправен, то светодиодный индикатор «ГЛОНАСС/GPS/GALILEO» 26 загорается красным светом.
При достоверном определении географических координат и после контроля правильности переданных значений в память второго микроконтроллера 22, радиомаяк формирует и излучает посылку, содержащую навигационные данные.
Передача каждой достоверной посылки инициируется выводом на экран ЖК дисплея 27 сообщения «ПОСЫЛКА ПЕРЕДАНА» и включением индикаторов 26 «АВАРИЯ» - красным цветом, а «ГЛОНАСС/GPS/GALILEO» - зеленым цветом. При этом, на экран ЖК дисплея 28 выводятся принятые координаты местоположения.
Если навигационный приемник 24 не определил достоверные координаты местоположения до излучения первой посылки, то посылка излучается без навигационных данных, что индицируется светодиодными индикаторами «АВАРИЯ» и «ГЛОНАСС/GPS/GALILEO» 26 красным цветом.
В конце каждого цикла определения координат на экран ЖК дисплея 27 выдается сообщение со значениями достоверных географических координат. Если координаты не определены, то значения координат не выводятся.
Излучение информационной посылки передатчиком частоты 406 МГц 9 производится каждые 50 секунд.
Для повышения точности определения координат, сокращения времени поиска потерпевших в предлагаемом радиомаяке используется комбинированный приемник навигационных сигналов 24, ГЛОНАСС или/и GPS или/и GALILEO, имеющий возможность проводить мониторинг целостности и «отбрасывать» сигналы от неисправных спутников, если их параметры существенно отличаются от ожидаемых значений. Точность определения координат ГЛОНАСС/GPS/GALILEO приемника 24 (при вероятности 95% и отношении сигнал/шум 34 дБ) составляет: 21 м - по горизонтальным и 28 м по вертикальным координатам. При этом, зона видимости навигационных спутников простирается от Северного полюса до Южного полюса.
В целях энергосбережения второй выход диплексера 12 соединен с входом микроконтроллера 7 для слежения за излучаемой мощности передатчиков радиомаяка 9 и 10.
Применение метода слежения за выходной мощностью передатчика 9 и передатчика приводного канала 10 позволяет повысить коэффициент полезного действия выходных каскадов передатчиков в наиболее выгодном энергетическом режиме, что приводит к повышению надежности радиомаяка.
В этих же целях радиомаяк обеспечивает работу навигационного приемника 24 циклами, каждый продолжительностью 20 мин; при этом в первом цикле продолжительность определения координат составляет 4 минуты, после чего навигационный приемник 24 отключается на 16 минут; в последующих циклах время работы навигационного приемника 24 ограничено примерно 100 секундами.
При отсутствии достоверных данных географических координат в поля данных протокола позиционирования записываются значения по умолчанию. В этом случае светодиодные индикаторы 26 светятся красным цветом в течение двух секунд.
Если после последней выдачи достоверных координат навигационному приемнику 24 не удалось определить надежные данные местоположения в рамках текущего цикла работы, то радиомаяк должен сохранять последнюю достоверную позицию местоположения в течение 4-х часов (±5 мин) после последнего ввода достоверных координат. По истечении 4-х часов запомненные координаты местоположения преобразуются в значения по умолчанию.
По истечении 24 часов работы радиомаяка в режиме авария передатчик 9 406 МГц автоматически отключается, но радиомаяк продолжает работать в режиме привода спасательных средств (передатчик приводного канала 121,5 МГц 10 и симплексное переговорное устройство 11).
Симплексное переговорное устройство 11 функционирует только тогда, когда радиомаяк активирован. Симплексная голосовая радиосвязь значительно облегчает поиск пострадавших, поскольку двухсторонняя голосовая связь дает возможность уточнения местоположения на местности, передачи спасателям характерных особенностей рельефа места чрезвычайной ситуации и организации эвакуации пострадавших.
При работе радиомаяка в режиме симплексной голосовой связи излучаемая передатчиком приводного канала 121,5 МГц 10 модулируется голосовым сигналом от микрофона 18, встроенного в корпус изделия. Прием голосовой информации осуществляется приемником 19 на частоте 121,5 МГц и воспроизводится динамиком, встроенным в корпус изделия. На время излучения аварийной посылки передатчиком 9 на частоте 406 МГц блокируется передатчик 18 симплексного переговорного устройства 11 на частоте 121,5 МГц и передача голосового сигнала прерывается. Такое прерывание не оказывает существенного влияния на качество и разборчивость голосового сообщения. Время нахождения радиомаяка в режиме передачи (нажата кнопка «Симплексная связь») не ограничено.
После окончания передачи голосового сообщения и перевода радиомаяка в режим приема голосового сообщения время нахождения радиомаяка в режиме приема ограничено до 5 минут. По истечении этого времени автоматически включается передатчик приводного канала 121,5 МГц 10. Выключение режима симплексной связи производится однократным нажатием кнопки «А», при этом радиомаяк остается в аварийном режиме.
Радиомаяк имеет независимый от аварийной ситуации режим определения географических координат при возникновении нештатной ситуации, не требующей вызова или помощи спасательных служб и средств (например, потеря ориентации на местности и т.п.).
Этот режим позволяет запомнить в памяти второго микроконтроллера 22 координаты местоположения и отображать на ЖК дисплее 27 карту в виде последовательности точек координат с возможностью возвращения к началу пройденного маршрута.
Для запуска этого режима работы необходимо выполнить следующие действия:
- установить аккумулятор 30 БП-МР144П;
- открыть защитную крышку кнопки включения;
- нажать однократно кнопку «ВКЛ/ВЫКЛ» и удерживать ее не менее 2 с;
- выбрать из меню на ЖК-дисплее 27 режим «ТРЕКЕР»;
- нажать кнопку «Выбор» для подтверждения выбора режима работы.
После этого будет проведена проверка подключенного источника питания.
Если при проверке подключенного источника питания будет определенно, что подключен аккумулятор 29 БП-МР144П, то продолжится выполнение режима «ТРЕКЕР».
Последовательность запуска режима «ТРЕКЕР» аналогична запуску режима определения координат.
После определения достоверных координат, необходимо подтвердить их сохранение в памяти нажатием кнопки «Выбор» и затем нажать кнопку «ВЫКЛ» После выключения питания координаты остаются в энергонезависимой памяти.
При следующем запуске режима «ТРЕКЕР» сохраненные координаты будут использованы для построения карты пройденного маршрута и расстояния.
Преимущества предлагаемого аварийно-спасательного радиомаяка заключаются в следующем.
Аварийно-спасательный радиомаяк имеет не только аварийный режим, но и режим определения достоверных географических координат для определения точного местоположения на местности при помощи ГЛОНАСС/GPS/GALILEO приемник, входящего в состав радиомаяка. Этот режим предназначен для случая возникновения нештатной ситуации, не требующей вызова или помощи спасательных служб и средств (потеря ориентации на местности и т.п.). Принятые достоверные координаты записываются в память микроконтроллера модуля навигации, которые остаются в энергонезависимой памяти после выключения питания. Радиомаяк имеет встроенный режим ТРЕКЕР, позволяющий запоминать в памяти микроконтроллера модуля навигации координаты и расстояние пройденного маршрута (до четырнадцати координат), и имеет возможность отображать на жидкокристаллическом дисплее карту в виде последовательности точек с возможностью отображения возврата по пройденному маршруту.