СИСТЕМА МЕСТООПРЕДЕЛЕНИЯ И ДИСПЕТЧЕРИЗАЦИИ МОБИЛЬНЫХ БРИГАД СКОРОЙ ПОМОЩИ
POSITIONING AND DISPATCHING SYSTEM OF MOBILE AMBULANCE CREWS

Предлагаемая система относится к области медицинской техники, а именно к средствам и системам дистанционного контроля за передвижением машин скорой помощи, и может быть использована в городских учреждениях практического здравоохранения.
Известны системы и устройства местоопределения и диспетчеризации наземного транспорта (авт. свид. СССР №215.536, 477.330, 498.636, 696.508, 769.581, 830.447, 1.123.041; патенты РФ №2.033.352, 2.042.548, 2.061.323, 2.157.565, 2.184.992, 2.278.418, 2.425.423; Бобрин В.И. и др. Радиосистема дальней навигации «Автомобильный транспорт», 1991, №12, С.23).
Из известных систем и устройств наиболее близкой к предлагаемой является «Система местоопределения и диспетчеризации мобильных бригад скорой помощи» (Патент РФ №2.425.423, G08G 1/123, 2010), которая и выбрана в качестве прототипа.
Указанная система обеспечивает повышение оперативности дистанционного контроля с диспетчерского пункта за текущим географическим положением и состоянием парка машин скорой помощи, а также повышение надежности и достоверности обмена дискретными и аналоговыми сообщениями между диспетчерами, водителями и бригадами машин скорой помощи и врачами больниц, госпиталей и поликлиник.
пр2
2
3
В состав каждой радиостанции входит приемник, который построен по супергетеродинной схеме и в котором одно и то же значение второй промежуточной частоты ω может быть получено в результате приема сигналов на двух частотах ω и ω, т.е.
пр2
r2
2
пр2
3
r2
ω=ω-ω и ω=ω-ω.
2
3
2
пр2
r2
пр
Следовательно, если частоту настройки ω принять за основной канал приема, то наряду с ним будет иметь место зеркальный канал приема, частота w которого отличается от частоты ω на 2ω и расположена симметрично (зеркально) относительно частоты ω второго гетеродина (фиг. 3). Преобразование по зеркальному каналу приема происходит с тем же коэффициентом преобразования К, что и по основному каналу.
Кроме зеркального существуют и другие дополнительные (комбинационные) каналы приема.
В общем виде любой комбинационный канал приема имеет место при выполнении условия:
пр2
ki
r2
ω=|±mω±nω|,
ki
где ω - частота i-го комбинационного канала приема;
m, n, i - целые положительные числа.
r2
Наиболее вредными комбинационными каналами приема являются каналы, образующиеся при взаимодействии несущей частоты принимаемого сигнала с гармониками частоты ω второго гетеродина малого порядка (второй, третьей и т.д.), так как чувствительность приемника по этим каналам близка к чувствительности основного канала.
Так, двум комбинационным каналам при m=1 и n=1 соответствуют частоты (фиг. 3):
k1
r2
пр2
k2
г2
пр2
ω=2ω-ω и ω=2ω+ω.
Наличие ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам, приводит к снижению помехоустойчивости и достоверности обмена дискретными и аналоговыми сообщениями между диспетчерами, бригадами машин скорой помощи и врачами больниц, госпиталей и поликлиник.
Известная система обеспечивает повышение помехоустойчивости и достоверности обмена дискретными и аналоговыми сообщениями между диспетчерами, бригадами машин скорой помощи и врачами больницы госпиталей и поликлиник, путем подавления ложных сигналов (помех) принимаемым по зеркальным и комбинационным каналам.
Для местоопределения машин скорой помощи используется приемник GPS - сигналов, который также построен по супергетеродинной схеме и которому свойственно наличие ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам, и узкополосных помех, принимаемых по основному каналу. Наличие указанных сигналов и помех приводит к снижению помехоустойчивости приемника GPS- сигналов и точности местоопределения машин скорой помощи.
Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости приемника GPS - сигналов и точности местоопределения машин скорой помощи путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинированным каналам и узкополосных помех, принимаемым по основному каналу.
1
2
Поставленная задача решается тем, что система место определения и диспетчеризации мобильных бригад скорой помощи, содержащая, в соответствии с ближайшим аналогом, спутники навигационной системы "Навстар", (рис. 1) бортовой комплекс, установленный на машине скорой помощи и содержащий последовательно включенные приемную антенну, приемник GPS-сигналов, блок сопряжения, первый вход-выход которого через радиостанцию соединен с приемопередающей антенной, а второй вход-выход - с микропроцессором, предназначенным для выполнения навигационных расчетов, к которому подключен дисплей, ретранслятор с приемопередающей антенной, установленный в центральной части города, стационарную аппаратуру, установленную на диспетчерском пункте с известными координатами, полученными в результате прецизионной геодезической съемки, и состоящую из последовательно включенных приемной антенны, приемника GPS-сигналов, блока сопряжения, первый вход- выход которого через радиостанцию соединен с приемопередающей антенной, а второй вход-выход соединен через персональную ЭВМ с дисплеем и устройством документации, и радиостанцию, установленную на профильном медицинском учреждении, первый вход-выход которой соединен с приемопередающей антенной, а второй вход- выход соединен через блок сопряжения с вход-выходом микропроцессора, при этом каждый приемник GPS- сигналов состоит из последовательно подключенных к приемной антенне усилителя высокой частоты, смесителя, второй вход которого соединен с выходом гетеродина и усилителя промежуточной частоты, последовательно включенных, первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом первого фильтра нижних частот, первого узкополосного фильтра, второго перемножителя и первого фильтра нижних частот, каждая радиостанция использует сложные сигналы с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией, которые излучаются на одной частоте ω а принимаются на другой частоте ω, и состоит из последовательно включенных задающего генератора, вход управления которого через блок сопряжения соединен с микропроцессором, предназначенным для синхронизации работы источников аналоговых и дискретных сообщений, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом источника дискретных сообщений, амплитудного модулятора, второй вход которого соединен с выходом источника аналоговых сообщений, первого смесителя, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, усилителя первой промежуточной частоты, первого усилителя мощности, антенного переключателя, вход-выход которого соединен с приемопередающей антенной, второго усилителя мощности, второго смесителя, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, и первого усилителя второй промежуточной частоты, из последовательно включенных амплитудного ограничителя и синхронного детектора, выход которого подключен к микропроцессору, предназначенному для синхронизации работы источников аналоговых и дискретных сообщений, к выходу амплитудного ограничителя последовательно подключены первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, полосовой фильтр и фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, а выход подключен к микропроцессору, входы управления источников дискретных и аналоговых сообщений через блок сопряжения подключены к микропроцессору, причем к выходу второго гетеродина последовательно подключены фазовращатель на +90°, третий смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя мощности, второй усилитель второй промежуточной частоты, фазовращатель на -90°, сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя второй промежуточной частоты, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя мощности, узкополосный фильтр, амплитудный детектор и ключ, второй вход которого соединен с выходом сумматора, а выход подключен к входу амплитудного ограничителя и ко второму входу синхронного детектора,
отличается от ближайшего аналога тем, что каждый приемник GPS - сигналов снабжен усилителем суммарной частоты, амплитудным детектором, ключом, третьим и четверым перемножителями, вторым узкополосным фильтром, вторым фильтром низкой частот, первым и вторым фазоинверторами и блоком вычитания, причем к выходу смесителя последовательно подключены усилитель суммарной частоты, амплитудный детектор и ключ, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, а выход подключен к первому входу первого перемножителя и к второму входу второго перемножителя, к выходу ключа 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 ключа, второй фильтр нижних частот и второй фазоинвертор, к выходу первого фильтра нижних частот подключен блок вычитания, второй вход которого соединен с выходом второго фильтра нижних частот, а выход является выходом приемника GPS - сигналов.
Общая композиционная схема системы представлена на фиг. 1. Структурная схема приемника GPS-сигналов изображена на фиг. 2. Частотная диаграмма, поясняющая работу радиостанции, показана на фиг. 3. Структурная схема радиостанции изображена на фиг. 4.
Система местоопределения и диспетчеризации мобильных бригад скорой помощи (фиг. 1) содержит спутники 1.L (L=1, 2…24) навигационной системы "Навстар", ретранслятор 3 с приемопередающей антенной 2, установленный в центральной части города, диспетчерский пункт 4 с известными координатами, полученными в результате прецизионной геодезической съемки, состоящий из последовательно включенных приемной антенны 7, приемника 9 GPS-сигналов, блока 11 сопряжения, первый вход-выход которого через радиостанцию 10 соединен с приемопередающей антенной 8, а второй вход-выход соединен через персональную ЭВМ 12 с дисплеем 13 и устройством 14 документации, машин 5.i (i=1, 2…n) скорой помощи, бортовой комплекс которых содержит последовательно включенные приемную антенну 15.i, приемник 17.i GPS-сигналов, блок 19.i сопряжения, первый вход-выход которого через радиостанцию 18.i соединен с приемопередающей антенной 16.i, второй вход-выход - с микропроцессором 20.i, к которому подключен бортовой дисплей 22.i, а также датчики 21.i дополнительной информации, подключенные к блоку 19.i сопряжения, и стационарную аппаратуру 6.j (j=1, 2…m), установленную на профильных медицинских учреждениях (больницы, госпитали, поликлиники и т.п.) и состоящую из радиостанции 24.j, первый вход-выход которой соединен с приемопередающей антенной 23.j, а второй вход-выход соединен через блок 25.j сопряжения с вход-выходом микропроцессора 26.j.
Каждый приемник GPS - сигналов (фиг. 2) состоит из последовательно подключенных к приемной антенне усилителя 27 высокой частоты, смесителя 29, второй вход которого соединен с выходом гетеродина 28, усилителя 30 промежуточной частоты, ключа 67, второй вход которого через последовательно включенные усилитель 65 суммарной частоты и амплитудным детектор 66 соединен с выходом смесителя 29, первого перемножителя 31, второй вход которого соединен с выходом первого фильтра 34 нижних частот, первого узкополосного фильтра 33, второго перемножителя 32, второй вход которого соединен с выходом ключа 67, первого фильтра 34 нижних частот и блока 76 вычитания, выход которого является выходом приемника GPS-сигналов.
К выходу ключа 67 последовательно подключены третий перемножитель 70, второй вход которого соединен с выходом второго фазоинвертора 75, второй узкополосный фильтр 72, первый фазоинвертор 74, четвертый перемножитель 71, второй вход которого соединен с выходом ключа 67, второй фильтр 73 нижних частот и второй фазоинвертор 75, второй вход блока 76 вычитания соединен с выходом второго фильтра 73 нижних частот.
Первый 31 и второй 32 перемножители, первый узкополосный фильтр 33 и первый фильтр 34 нижних частот образуют первый демодулятор 68 ФМн -сигналов. Третий 70 и четвертый 71 перемножители, второй узкополосный фильтр 72, второй фильтр 73 нижних частот, первый 74 и второй 75 фазоинверторы образуют второй демодулятор 69 ФМн-сигналов.
Каждая радиостанция (фиг. 4) состоит из последовательно включенных задающего генератора 37, вход управления которого через блок 36 сопряжения подсоединен к микропроцессору 35, фазового манипулятора 39, второй вход которого соединен с выходом источника 38 дискретных сообщений, амплитудного модулятора 41, второй вход которого соединен с выходом источника 40 аналоговых сообщений, первого смесителя 43, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 42, усилителя 44 первой промежуточной частоты, первого усилителя 45 мощности, антенного переключателя 46, вход-выход которого соединен с приемопередающей антенной, второго усилителя 47 мощности, второго смесителя 49, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 48, усилителя 50 второй промежуточной частоты, сумматора 60, второго перемножителя 61, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя 47 мощности, узкополосного фильтра 62, амплитудного детектора 63, ключа 64, второй вход которого соединен с выходом сумматора 60, амплитудного ограничителя 51 и синхронного детектора 52, второй вход которого соединен с выходом ключа 64, а выход подключен к микропроцессору 35, к выходу амплитудного ограничителя 51 последовательно подключены первый перемножитель 53, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 48, полосовой фильтр 54 и фазовый детектор 55, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 42, а выход подключен к микропроцессору 35, к выходу второго гетеродина 48 последовательно подключены фазовращатель 56 на +90°, третий смеситель 57, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя 47 мощности, второй усилитель 58 второй промежуточной частоты и фазовращатель 59 на -90°, выход которого соединен со вторым входом сумматора 60.
Система работает следующим образом.
Работа системы базируется на использовании сигналов, излучаемых спутниками 1.L (L=1, 2,…24) навигационной системы "Навстар".
Глобальная навигационная система GPS (Global Positioning System), известная так же, как Navstar (Navigation System with Time and Ranging - Навигационная система определения времени и дальности) предназначена для передачи навигационных сигналов, которые могут одновременно приниматься во всех регионах мира.
с
Каждый GPS-спутник излучает на двух частотах (1.575 МГц и 12.275 МГц) специальный навигационный сигнал в виде бинарного фазоманипулированного (ФМн) сигнала, манипулированного по фазе псевдослучайной последовательностью. В навигационном сигнале зашифрованы два вида кода. Один из них - код С/А доступен широкому кругу гражданских потребителей, в том числе и предлагаемой системе. Он позволяет получать лишь приблизительную оценку местоположения машин скорой помощи, поэтому называется "Грубым" кодом. Передача кода С/А осуществляется на частоте ω=1.575 МГц с использованием фазовой манипуляции псевдослучайной последовательностью длиной 1023 символа (элементарных посылок). Защита от ошибок обеспечивается с помощью кода Гоулда. Период повторения С/А кода -1 мс. Тактовая частота - 1.023 МГц.
Другой код - Р обеспечивает более точное вычисление координат, но пользоваться им способны не все, доступ к нему ограничивается провайдером услуг GPS, используется он военным ведомством США.
В состав системы "Навстар" входят космический сегмент, состоящий из 24 КА, сеть наземных станций наблюдения за их работой и пользовательский сегмент (навигационные приемники GPS-сигналов). Все спутники 1.L (L=1, 2…24) являются автономными. Параметры их орбит периодически контролируются сетью наземных станций слежения, с помощью которых не реже 1-2 раз в сутки вычисляются баллистические характеристики, регистрируются отклонения КА от расчетных траекторий движения и определяется собственное время бортовых часов.
Для определения местоположения контролируемой машины скорой помощи приемник 17.i (i=1, 2,…n) принимает ФМн-сигнал
c
c
c
к
с
c
u(t)=U×Cos[ωt+ϕ(t)+ϕ], 0≤t≤T,
c
с
с
с
где U, ω, ϕ, Т - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность высокочастотного сигнала;
к
k
3
э
э
ϕ(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t), причем ϕ(t)=const при Kτ<t<(k+1)τ и может изменяться скачком при t=Kτ, т.е. на границах между элементарными посылками (К=1, 2, … N-1);
э
с
с
э
τ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Т(Т=Nτ, N=1023).
Этот сигнал с выхода приемной антенны через усилитель 27 высокой частоты поступает на первый вход смесителя 29, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 28
r
r
r
r
u(t)=UCos(ωt+ϕ),
r
r
г
где U, ω, ϕ - амплитуда, частота и начальная фаза напряжения гетеродина.
На выходе смесителя 29 образуются напряжение комбинационных частот Усилителями 30 и 65 выделяются напряжения промежуточной (разностной) и суммарной частот соответственно:
1
К - коэффициент передачи смесителя;
пр
с
r
ω=ω-ω - промежуточная (разностная) частота;
∑
с
r
ω=ω+ω - суммарная частота;
пр
с
r
∑
с
r
ϕ=ϕ-ϕ; ϕ=ϕ+ϕ;
∑
пр
Напряжение U(t) суммарной частоты, детектируется амплитудным детектором 66, ее огибающая поступает на управляющий вход ключа 67 и открывает его. В исходном состоянии ключ 67 всегда закрыт. При этом, напряжение U(t) промежуточной частоты с выхода усилителя 30 через открытый ключ 67 поступает на первые входы перемножителей 31, 32, 70 и 71.
На вторые входы перемножителей 32 и 71 с выходов узкополосного фильтра 33 и первого фазоинвертора 74 подаются опорные напряжения соответственно:
В результате перемножения указанных напряжений образуются результирующие колебания:
где
Аналоги модулирующего кода M(t):
выделяются фильтрами 34 и 73 нижних частот соответственно и подаются на два входа блока 76 вычитания. На выходе блока 76 вычитания образуется удвоенное (суммарное) низкочастотное напряжение
н3
н4
то есть получается сложение по абсолютной величине напряжений U(t) и U(t).
При этом узкополосные аддитивные помехи проходят через первый 68 и второй 69 демодуляторы одинаково, изменяя амплитуды выходных продетектированных напряжений в одну и ту же сторону. Но в блоке 76 они вычитаются, оставаясь однополярными, то есть подавляются, взаимно компенсируются.
н4
Низкочастотное напряжение U(t) с выхода фильтра 73 нижних частот поступает на вход фазоинвертора 75, на выходе которого образуется низкочастотное напряжение
н3
н5
Низкочастотное напряжение U(t) и U(t) с выхода фильтра 34 нижних частот и фазоинвертора 75 поступают на второй вход перемножителей 31 и 71 соответственно, на выходе которых образуются гармонические напряжения:
где
о1
o3
Данные напряжения выделяются узкополосными фильтрами 33 и 72 соответственно. Напряжение U(t) с выхода узкополосного фильтра 33 подается на второй вход перемножителя 32. Напряжение U(t) выделяется узкополосным фильтром 72 и поступает на вход фазоинвертора 74, на выходе которого образуется напряжение
которое подается на второй вход перемножителя 71.
В демодуляторах 68 и 69 опорные напряжения, необходимые для синхронного детектирования принимаемого ФМн-сигнала, выделяются непосредственно из самого принимаемого ФМн-сигнала, в них отсутствует явление «обратной работы», присущее известным устройствам (схемы Пистолькорса А.А., Сифорова В.И., Костаса В.Ф., Травина Г.Л.), которые также выделяют опорное напряжение из самого принимаемого ФМн-сигнала.
Приемник GPS-сигналов (фиг. 2) попеременно использует два основных режима работы - приема информации и навигационный.
В навигационном режиме каждую секунду уточняется местоположение машины скорой помощи и выдаются основные навигационные данные. В режиме приема информации принимаются данные эфемерид и поправок времени, необходимые для навигационного режима, и производятся более редкие (через одну минуту) навигационные измерения.
Микропроцессор 20.i (i=1, 2, … n), входящий в состав бортового комплекса машины 5.1 скорой помощи, выполняет две функции: обслуживает приемник 17.1 и производит навигационные расчеты. Первая заключается в выборе рабочего созвездия спутников 1.L (L=1, 2, … 24), вычислении данных целеуказания, хранении оценок фазы кода и несущей, синхронизации по битам, кадрам и управлении работой приемника, например переключении из режима приема информации в навигационный режим и обратно. Вторая функция микропроцессора 20.i состоит в расчете эфемерид, определении координат местоположения машины 5.i скорой помощи и выдаче для отображения на дисплей 22.i координат места.
Приемник 17.i работает в навигационном режиме до тех пор, пока геометрия расположения спутников остается удовлетворительной или пока не устарели эфемериды. Для определения двух координат места (широты и долготы) и времени необходимы измерения от трех спутников. В данном приемнике информация от четвертого "лишнего" спутника может оказаться необходимой во время различных маневров машины скорой помощи, когда возможно затенение сигналов одного или более спутников.
Стандартный приемник GPS-сигналов обеспечивает время обнаружения спутника не более 3-4 минут и погрешность определения координат машины скорой помощи не более 100 м.
Для повышения точности определения местонахождения машины скорой помощи применяется метод дифференциальных поправок, который основан на использовании известного в радионавигации принципа дифференциальных навигационных измерений.
Дифференциальный режим позволяет определить координаты наблюдаемой машины скорой помощи с точностью до 5 м в динамической навигационной обстановке и до 2 м - в стационарных условиях.
Дифференциальный режим реализуется с помощью контрольного приемника 9 GPS-сигналов, установленного на диспетчерском пункте 4 с известными координатами, полученными в результате прецизионной геодезической съемки. Сравнивая известные координаты с измеренными, контрольный приемник 9 GPS-сигналов и ЭВМ 12 вырабатывают поправки, которые передаются на машину скорой помощи по радиоканалу в заранее установленном формате. Поправки, принятые от диспетчерского пункта 4, автоматически вносятся в результаты собственных измерений машины 5.i (i=1, 2…n) скорой помощи.
с
Описанная выше работа приемника GPS- сигналов соответствует случаю приема полезных ФМн-сигналов по основному каналу на частоте ω.
Если ложный сигнал (помеха)
з
принимается по зеркальному каналу на частоте ω, усилителями 30 и 65 выделяются напряжения промежуточной и суммарной частот соответственно:
пр11
1
з
г
где u=1/2К×U×U;
пр
r
з
ω=ω-ω - промежуточная (разностная) частота;
∑1
з
r
ω=ω +ω - суммарная частота;
пр11
r
з
∑1
r
з
ϕ=ϕ-ϕ; ϕ=ϕ+ϕ.
н
∑
к2
н
∑
к2
∑1
з
Частота настройки ω усилителя 65 суммарной частоты выбирается равной частотам ω=ω(ω=ω=ω). Поэтому напряжение суммарной частоты U (t) не попадает в полосу пропускания усилителя 65 суммарной частоты, ключ 67 не открывается, и ложный сигнал (помеха) принимаемый по зеркальному каналу на частоте ω, подавляется.
По аналогичной причине подавляются и другие ложные сигналы (помехи), принимаемые по другим дополнительным каналам.
Обмен дискретными и аналоговыми сообщениями между диспетчерским пунктом 4, машиной 5.i (i=1, 2 … n) скорой помощи и профильным медицинским учреждением 6.j (j=1, 2 … m) осуществляется по радиоканалам непосредственно и/или через ретранслятор 3, установленный в центральной части города. Для этого предназначены радиостанции, работающие в дуплексном режиме.
С помощью микропроцессора 35 включается задающий генератор 37, который формирует высокочастотное напряжение
1
1
1
1
1
u(t)=U×Cos[ωt+ϕ], 0≤t≤T,
1
которое поступает на первый вход фазового манипулятора 39, на второй вход которого подается модулирующий код M(t) с выхода источника 38 дискретных сообщений. На выходе фазового манипулятора 39 образуется фазоманипулированный (ФМн) сигнал
2
2
1
к1
1
1
u(t)=U×Cos[ωt+ϕ(t)+ϕ], O≤t≤Т,
1
который поступает на первый вход амплитудного модулятора 41, на второй вход которого подается модулирующая функция, m(t) с выхода источника аналоговых сообщений. На выходе амплитудного модулятора 41 образуется сложный сигнал с комбинированной фазовой манипуляцией и амплитудной модуляцией (ФМн-AM)
3
3
1
1
к1
1
1
u(t)=U[1+m(t)]×Cos[ωt+ϕ(t)+ϕ], O≤t≤T
1
где m(t) - модулирующая функция, отображающая закон амплитудной модуляции.
Работа источников дискретных 38 и аналоговых 40 сообщений синхронизируется микропроцессором 35 через блок 36 сопряжения.
3
Сформированный сигнал u(t) поступает на первый вход смесителя 43, на второй вход которого подается напряжение первого гетеродина 42
1
1
r1
r1
Ur(t)=Ur×Cos[ωt+ϕ].
На выходе смесителя 43 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 44 выделяется напряжение первой промежуточной (суммарной) частоты
пр1
1
1
r1
где u=½ К×U×U|;
пр1
1
r1
пр1
1
г1
ω=ω+ω- первая промежуточная частота; ϕ=ϕ+ϕ,
которое усиливается в усилителе 45 мощности и через антенный переключатель 46 и приемопередающую антенну излучается в эфир.
Напряжение, представляющее собой сложный ФМн-АМ-сигнал, излучаемый другой радиостанцией
4
2
2
пр1
к2
2
2
u(t)=U[1+m(t)]×Cos[ωt+ϕ(t)+ϕ], 0≤t≤T,
r1
2
где ω=ω;
принимается антенной и через антенный переключатель 46 и второй усилитель 47 мощности поступает на первые входы второго 49 и третьего 57 смесителей и второго перемножителя 61. На вторые входы смесителей 49 и 57 подаются напряжения второго гетеродина 48,
г2
г2
г2
г2
u(t)=U×Cos(ωt+ϕ),
гз
г2
г2
г2
u(t)=U×Cos(ωt+ϕ+90°).
r1
r2
r2
r1
up2
Причем частоты ω и ω первого 24 и второго 48 гетеродинов разнесены на значение второй промежуточной частоты ω-ω=ω.
На выходе смесителей 49 и 57 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 50 и 58 выделяются напряжения второй промежуточной (разностной) частоты:
пр2
пр2
2
пр2
к2
пр2
u(t)=u[1+m(t)]×Cos[ωt-ϕ(t)+ϕ],
пр3
пр2
2
пр2
к2
пр2
2
u(t)=u[1+m(t)]×Cos[ωt-ϕ(t)+ϕ+90°]=0≤t≤T,
пр2
1
2
r2
где U=1/2K×U×U;
up2
r2
2
ω=ω-ω - вторая промежуточная (разностная) частота;
up2
г2
2
ϕ=ϕ-ϕ
пр3
Напряжение u(t) с выхода второго усилителя 58 второй промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 59 на -90°, на выходе которого образуется напряжение
пр
пр2
2
пр2
к2
пр2
пр2
2
пр2
к2
пр2
u4(t)=U[1+m(t)]×Cos[ωt-ϕ(t)+ϕ+90°-90°]=U[1+m(t)]×Cos[ωt-ϕ(t)+ϕ]
пр2
пр4
Напряжения u(t) и u(t) поступают на два входа сумматора 60, на выходе которого образуется первое суммарное напряжение
∑1
∑1
2
пр2
к2
пр2
u(t)=U[1+m(t)]×Cos[ωt-ϕ(t)+ϕ],
∑1
пр2
где U=2U;
которое поступает на второй вход второго перемножителя 61. На выходе последнего образуется гармоническое напряжение
5
5
2
r2
r2
1
2
u(t)=U[1+m(t)]×Cos[ωt+ϕ], 0≤t≤T,
5
2
2
∑1
где U=1/2K×U×U;
2
К - коэффициент передачи перемножителя;
которое выделяется узкополосным фильтром 62, детектируется амплитудным детектором 63 и поступает на управляющий вход ключа 64, открывая его. В исходном состоянии ключ 64 всегда закрыт.
Н
Частота настройки ω узкополосного фильтра 62 выбирается равной частоте второго гетеродина 48
Н
г2
ω=ω.
∑1
Напряжение u(t) с выхода сумматора 60 через открытый ключ 64 поступает на первый (информационный) вход синхронного детектора 52 и на вход амплитудного ограничителя 51, на выходе которого образуется напряжение
6
огр
пр2
к2
пр2
U(t)=U×Cos[ωt-ϕ(t)+ϕ],
оrp
где U - порог ограничения,
которое представляет собой ФМн-сигнал и поступает на второй (опорный) вход синхронного детектора 52 в качестве опорного напряжения. На выходе синхронного детектора 52 образуется низкочастотное напряжение
Hl
Hl
2
u(t)=U[1+m(t)],
Hl
3
∑l
огр
где U=1/2K×U×U;
3
К - коэффициент передачи синхронного детектора,
2
пропорциональное модулирующей функции m(t). Это напряжение поступает в микропроцессор 35.
6
r2
Напряжение u(t) с выхода амплитудного ограничителя 51 одновременно поступает на первый вход перемножителя 53, на второй вход которого подается напряжение u(t) с выхода второго гетеродина 48. На выходе перемножителя 53 образуется напряжение
7
7
r1
к2
r1
2
u(t)=U×Cos[ωt-ϕ(t)+ϕ], 0≤<t≤T,
7
2
orp
r2
где U=1/2K×U×U;
r1
r2
пр2
ω=ω-ω;
г1
г2
пр2
ϕ=ϕ-ϕ,
r1
r1
которое представляет собой ФМн-сигнал на частоте ω первого гетеродина 42. Это напряжение выделяется полосовым фильтром 54 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 55, на второй (опорный) вход которого подается напряжение u(t) первого гетеродина 42. На выходе фазового детектора 55 образуется низкочастотное напряжение
н2
н2
к2
u(t)=U×Cosϕ(t),
H2
4
7
r1
где u=1/2K×U×U;
4
2
К - коэффициент передачи фазового детектора, пропорциональное модулирующему коду M(t). Это напряжение поступает в микропроцессор 35.
2
Описанная выше работа системы соответствует приему полезных ФМн-сигналов по основному каналу на частоте ω (фиг. 3).
Если ложный сигнал (помеха)
2
2
2
2
2
2
U(t)=u×Cos(ωt+ϕ), 0≤t≤T принимается по зеркальному каналу на частоте ω то усилителями 50 и 58 второй промежуточной частоты выделяются следующие напряжения:
пр5
пр5
пр2
пр5
u(t)=u×Cos[ωt+ϕ),
пр6
пр5
пр2
пр5-90°
3
u(t)=u×Cos(ωt+ϕ), 0≤t≤T,
пр5
1
2
г2
где u=1/2К×U×U
пр2
2
r2
ω=ω-ω - вторая промежуточная (разностная) частота;
пр6
3
г2
-
ϕ=ϕϕ
пр6
Напряжение u(t) с выхода второго усилителя 58 второй промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 59 на -90°, на выходе которого образуется напряжение
пр7
пр5
пр2
пр5-9O°-90°
пр5
пр2
пр5
u(t)=U×Cos(ωt+ϕ)=U×Cos(ωt+ϕ).
пр5
пр7
Напряжения U(t) и u(t), поступающие на два входа сумматора 60, на его выходе компенсируются.
2
Следовательно, ложный сигнал (помеха), принимаемый по зеркальному каналу на частоте ω подавляется.
k2
По аналогичной причине подавляется и ложный сигнал (помеха), принимаемый по второму комбинационному каналу на частоте со ω.
k2
Если ложный сигнал (помеха) принимается по первому комбинационному каналу на частоте ω.
k1
k1
k1
к1
к1
u(t)=U×Cos(ωt+ϕ), 0≤t≤T,
то усилителями 50 и 58 второй промежуточной частоты выделяются следующие напряжения:
пр8
пр8
пр2
пр8
u(t)=u×Cos(ωt+ϕ).
пр9
пр8
пр2
пр8+90°
k1
u(t)=u×Cos(ωt+ϕ), 0≤t≤T,
пр8
1
kl
r2
где U=1/2 K×U×U'
up2
r2
k1
ω=2ω-ω - вторая промежуточная (разностная) частота;
пр8
г2
к1
ϕ=ϕ-ϕ
пр9
Напряжение u(t) с выхода второго усилителя 58 второй промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 59 на -90°, на выходе которого образуется напряжение
пр10
пр8
пр2
пр8+90°-90°
пр8
пр2
пр8
к1
U(t)=U×Cos(ωt+ϕ)=U×Cos(ωt+ϕ), 0≤t≤T
пр8
пр10
Напряжения u(t) и u(t) поступают на два входа сумматора 60, на выходе которого образуется суммарное напряжение
∑2
∑2
пр2
пр8
к1
u(t)=U×Cos(ωt+ϕ), 0≤t≤T,
∑2
пр8
где U=2U.
Это напряжение подается на второй вход перемножителя 61, на выходе которого образуется следующее напряжение
8
8
r2
r2
к1
u(t)=U×Cos (2ωt+ϕ), 0≤t≤T,
8
∑
к1
2
где U=1/2К2×U×U.
Это напряжение не попадает в полосу пропускания узкополосного фильтра 62.
k1
Следовательно, ложный сигнал (помеха), принимаемый по первому комбинационному каналу на частоте ω, подавляется.
Предлагаемая система обеспечивает повышение помехоустойчивости и достоверности обмена дискретными и аналоговыми сообщениями между диспетчерами, бригадами машин скорой помощи и врачами больниц, госпиталей и поликлиник. Это достигается подавлением ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам, фазокомпенсационным методом и методом узкополосной фильтрации.
с.
с
Таким образом, предлагаемая система по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение помехоустойчивости приемника GPS - сигналов и точности местоопределения машин скорой помощи. Это достигается путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам, и узкополосных помех, принимаемых по основному каналам. При этом для подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационных каналам, используется усилитель суммарной частоты, в полосу пропускания которого попадают только полезные ФМн-сигналы, принимаемые по основному каналу на частоте ω Для подавления узкополосных помех, принимаемых по основному каналу на частоте ω, используются два демодулятора ФМн-сигналов, низкочастотные напряжения которых на выходе блока вычитания суммируются, а аддитивные узкополосные помехи компенсируются или значительно ослабляются. Это позволяет увеличить отношение сигнал/шум на выходе блока вычитания и тем самым повысить помехоустойчивость приемника GPS-сигналов и точность местоопределения машин скорой помощи.