СПУТНИКОВАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ СУДОВ И САМОЛЕТОВ, ПОТЕРПЕВШИХ АВАРИЮ
SATELLITE SYSTEM FOR LOCATING SHIPS AND AIRCRAFT INVOLVED IN ACCIDENT

Предлагаемая система, называемая системой КОСПАС-САРСАТ, предназначена для определения местоположения аварийных радиобуев (АРБ), передающих радиосигналы бедствия на частоте 121,5 МГц и в диапазоне частот 406-406,1 МГц.
Известны следующие спутниковые системы:
- ИНМАРСАТ, представляющая для использования в глобальной морской системе связи различные виды услуг, включая оповещение о бедствии и связь с использованием телефонии, буквопечатания, передачи данных и факсимиле;
- ИНТЕЛСАТ VI, состоящая из десяти независимых ретрансляторов - по одному на каждый луч антенны связи;
- ГЛОМАР - перспективная система спутниковой связи с подвижными объектами в диапазоне частот 1,5-1,6 МГц;
- ЛОКСТАР, предназначенная для местоопределения подвижных объектов и ретрансляции радиосообщений;
- система глобального автоматического контроля транспортных средств при нормальных и экстремальных условиях (патент РФ №2.158.003, G01S 7/00, 2000);
- спутниковые системы для определения местоположения судов и самолетов, потерпевших аварию (патенты РФ №№2.027.195, 2.201.601; 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 предлагаемой является «Спутниковая система для определения местоположения судов и самолетов, потерпевших аварию» (патент РФ №2.201.601, G01S 5/04, 2001), которая и выбрана в качестве базового объекта.
Известная система обеспечивает точное и однозначное измерение угловых координат: α (азимута) и β (угла места) аварийных радиобуев (АРБ), используя для этого измерительные базы, расположенные в азимутальной и угломестной плоскостях соответственно.
Однако при этом не используется измерительные базы, расположенные в гипотенузной плоскости, что не позволяет определить местоположение АРБ.
Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей системы путем формирования измерительных баз косвенным методом, точного и однозначного определения местоположения аварийных радиобуев, размещенных на судах и самолетах, потерпевших аварию.
Поставленная задача решается тем, что спутниковая система для определения 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 выходом блока поиска, первого усилителя первой промежуточной частоты, удвоителя фазы, второго измерителя ширины спектра, блока сравнения, второй вход которого через первый измеритель ширины спектра соединен с выходом первого усилителя первой промежуточной частоты, порогового блока, второй вход которого через линию задержки соединен с его выходом, ключа, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя первой промежуточной частоты, второго смесителя, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, усилителя второй промежуточной частоты, первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, узкополосного фильтра, второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, фильтра нижних частот и первого сумматора, выход которого является выходом третьего приемного устройства, 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, отличается от ближайшего аналога тем, что третье приемное устройство снабжено шестью фазометрами, тремя вычитателями, вторым, третьим и четвертым сумматорами, 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 вход 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 размещены в виде прямоугольного треугольника, в вершине прямого угла которого помещена приемная антенна измерительного канала, общая для приемных антенн пеленгационных каналов.
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. Временные диаграммы, поясняющие принцип работы демодулятора сложных сигналов с фазовой манипуляцией, изображены 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, удвоитель 37 фазы, второй измеритель 39 ширины спектра, блок 40 сравнения, второй вход которого через первый измеритель 38 ширины спектра соединен с выходом усилителя 31 первой промежуточной частоты, пороговый блок 41, второй вход которого через линию задержки 42 соединен с его выходом, ключ 43, второй вход которого соединен с выходом усилителя 31 первой промежуточной частоты, 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 фильтра 51 нижних частот, узкополосный фильтр 50, второй перемножитель 49, второй вход которого соединен с выходом усилителя 46 второй промежуточной частоты, фильтр 51 нижних частот и первый сумматор 64, выход которого является выходом третьего приемного устройства. При этом управляющий вход блока 29 поиска соединен с выходом порогового блока 41.
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 и 49, узкополосный фильтр 50 и фильтр 51 нижних частот 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 к 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 целью 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.
u
г1
Просмотр заданного диапазона частот Df и поиск ФМн сигналов АРБ 2 осуществляется с помощью блока поиска 29, который периодически с периодом Т по пилообразному закону изменяет частоту ω гетеродина 30. В качестве блока поиска 29 может быть использован генератор пилообразного напряжения.
Принимаемые ФМн сигналы
1
1
c
k
1
u(t)=U⋅cos[(ω±Δω)t+ϕ(t)+ϕ],
2
2
c
k
2
u(t)=U⋅cos[(ω±Δω)t+ϕ(t)+ϕ],
3
3
c
k
3
u(t)=U⋅cos[(ω±Δω)t+ϕ(t)+ϕ],
4
4
c
k
4
u(t)=U⋅cos[(ω±Δω)t+ϕ(t)+ϕ],
5
5
c
k
5
c
u(t)=U⋅cos[(ω±Δω)t+ϕ(t)+ϕ], 0≤t≤T,
1
5
c
1
5
c
где U-U, ω, ϕ-ϕ, T - амплитуды, несущая частота, начальные фазы и длительность сигналов;
±Δω - нестабильность несущей частоты, обусловленная различными дестабилизирующими факторами, в том числе и эффектом Доплера;
k
k
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) и может изменяться скачком при t=kτ, т.е. на границах между элементарными посылками (k=1,2…, N-1) (фиг. 4, а);
э
c
c
э
⋅
τ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Т(Т=Nτ),
с выходов антенн 4-8 поступают на первые входы смесителей 24-28, на вторые входы которых подается напряжение гетеродина 30 линейно изменяющейся частоты:
г1
г1
г1
г1
п
⋅
2
u(t)=Ucos(ωt+πγt+ϕ), 0≤t≤Т,
п
где  - скорость изменения частоты гетеродина (скорость перестройки); Т - период перестройки.
пр1
пр1
пр1
k
пр1
2
u(t)=U⋅cos[(ω±Δω)t+ϕ(t)-πγt+ϕ],
пр2
пр2
пр1
k
пр2
2
u(t)=U⋅cos[(ω±Δω)t+ϕ(t)-πγt+ϕ],
пр3
пр3
пр1
k
пр3
2
u(t)=U⋅cos[(ω±Δω)t+ϕ(t)-πγt+ϕ]
пр4
пр4
пр1
k
пр4
2
u(t)=U⋅cos[(ω±Δω)t+ϕ(t)-πγt+ϕ],
пр5
пр5
пр1
k
пр5
с
2
u(t)=U⋅cos[(ω±Δω)t+ϕ(t)-πγt+ϕ], 0≤t≤Т,
где ;
;
;
;
;
пр1
с
г1
ω=ω-ω - первая промежуточная частота;
пр1
1
г1
пр2
2
г1
пр3
3
г1
ϕ=ϕ-ϕ; ϕ=ϕ-ϕ; ϕ=ϕ-ϕ;
пр4
4
г1
пр5
5
г1
ϕ=ϕ-ϕ; ϕ=ϕ-ф,
которые представляют собой сложные сигналы с комбинированной фазовой манипуляцией и линейной частотной модуляцией (ФМн-ЛЧМ) на промежуточной частоте.
пр1
пр5
Напряжение u(t)-u(t) поступают на первые входы перемножителей 52-55.
пр1
Напряжение u(t) с выхода усилителя 31 первой промежуточной частоты 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 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
6
6
пр1
пр1
2
u(t)=U⋅cos[2(ω±Δω)t-2πγt+2ϕ],
где .
k
Так как 2ϕ(t)={0, 2π}, то в указанном напряжении манипуляция фазы уже отсутствует.
2
с
c
э
c
э
Ширина спектра Δf второй гармоники сигнала определяется длительностью Т сигнала , тогда как ширина спектра Δf ФМн сигнала определяется длительностью τ его элементарных посылок (Δf=1/τ), т.е. ширина спектра второй гармоники сигнала в N раз меньше ширины спектра входного сигнала:
с
2
Δƒ/Δƒ=N.
c
2
I
II
c
2
I
II
пор
пор
пор
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 Δf входного ФМн сигнала измеряется с помощью измерителя 38, а ширина спектра Δf второй его гармоники измеряется с помощью измерителя 39. Напряжения U и U, пропорциональные Δf и Δf, с выходов измерителей 38 и 39 ширины спектра сигналов поступают на два входа блока 40 сравнения. Так как U>>U, то на выходе блока 40 сравнения образуется постоянное напряжение, которое превышает пороговый уровень U в пороговом блоке 41. Последний выбирается таким, чтобы его не превышали случайные помехи. Пороговое напряжение U превышается только при обнаружении ФМн сигнала АРБ 2. При превышении порогового уровня U 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:
пр6
пр1
пр1
k
пр1
u(t)=U⋅cos[(ω±Δω)t+ϕ(t)+ϕ],
пр7
пр2
пр1
k
пр2
u(t)=U⋅cos[(ω±Δω)t+ϕ(t)+ϕ],
пр8
пр3
пр1
k
пр3
u(t)=U⋅cos[(ω±Δω)t+ϕ(t)+ϕ],
пр9
пр4
пр1
k
пр3
u(t)=U⋅cos[(ω±Δω)t+ϕ(t)+ϕ]],
пр10
пр5
пр1
k
пр5
c
u(t)=U⋅cos[(ω±Δω)t+ϕ(t)+ϕ], 0≤t≤T.
пр6
Напряжение u(t) с выхода усилителя 31 первой промежуточной частоты через открытый ключ 43 поступает на первый вход второго смесителя 45, на второй вход которого подается напряжение второго гетеродина 44
г2
г2
г2
г2
⋅
u(t)=Ucos(ωt+ϕ)
г2
со стабильной частотой ω.
На выходе смесителя 45 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 46 выделяется напряжение второй промежуточной частоты
пр11
пр11
пр2
k
пр6
⋅
u(t)=Ucos[(ω±Δω)t+ϕ(t)+ϕ]],
где ;
пр2
пр1
г2
ω=ω-ω - вторая промежуточная частота;
пр6
пр1
г2
ϕ=ϕ-ϕ.
Это напряжение поступает на вход демодулятора 47 ФМн сигналов, состоящего из первого 48 и второго 49 перемножителей, узкополосного фильтра 50 и фильтра 51 нижних частот.
пр11
Напряжение u(t) (фиг. 4, б) с выхода усилителя 46 второй промежуточной частоты поступает на первые входы перемножителей 48 и 49. На второй вход перемножителя 49 с выхода узкополосного фильтра 50 подается опорное напряжение (фиг. 4, в).
0
0
пр2
пр6
c
u(t)=U⋅cos[(ω±Δω)t+ϕ], 0≤t≤T.
В результате перемножения образуется результирующее напряжение:
Σ
н
k
н
пр2
k
пр6
⋅
u(t)=U⋅cosϕt+Ucos[2(ω±Δω)t+ϕt+2ϕ],
где .
Аналог модулирующего кода (фиг. 4, г)
н
н
k
с
⋅
u(t)=Ucosϕt, 0≤t≤Т
выделяется фильтром 51 нижних частот и поступает на первый вход первого сумматора 64 и на второй вход перемножителя 48. На выходе последнего образуется гармоническое напряжение
0
0
пр2
пр6
с
u(t)=U⋅cos[(ω±Δω)t+ϕ], 0≤t≤Т,
где ,
которое выделяется узкополосным фильтром 50 и поступает на второй вход перемножителя 49.
Следовательно, демодулятор 47 ФМн сигналов обеспечивает выделение опорного напряжения непосредственно из самого принимаемого ФМн сигнала и свободен от явления «обратной работы», присущей известным демодуляторам (схема Пистолькорса А.А., Сидорова В.И., Костаса Д.Ф. и Травина Г.А.).
пр11
Напряжение u(t) 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:
7
7
г2
г2
1
u(t)=U⋅cos(ωt+ϕ+Δϕ),
8
8
г2
г2
2
u(t)=U⋅cos(ωt+ϕ+Δϕ),
9
9
г2
г2
3
u(t)=U⋅cos(ωt+ϕ+Δϕ),
10
10
г2
г2
4
с
u(t)=U⋅cos(ωt+ϕ+Δϕ), 0≤t≤Т,
где ;
;
;
;
;
;
;
.
7
10
г2
1
2
3
4
Указанные гармонические напряжения u(t)-u(t) выделяются узкополосными фильтрами 56-59 и поступают на первые входы фазометров 60-63 соответственно. На вторые входы фазометров 60-63 подается напряжение u(t) второго гетеродина 44. Фазометры 60-63 измеряют фазовые сдвиги Δϕ, Δϕ, Δϕ и Δϕ.
7
9
8
10
Напряжения u(t) и u(t), u(t) и U(t) подаются на два входа фазометров 65 и 66 соответственно, которые измеряют фазовые сдвиги
,
.
1
2
3
4
5
6
Измеренные фазовые сдвиги Δϕ и Δϕ, Δϕ и Δϕ, Δϕ и Δϕ с выходов фазометров 60 и 61, 62 и 63, 65 и 66 поступают на два входа вычитателей 67, 68, 69 и сумматоров 70, 71, 72 соответственно.
На выходе указанных вычитателей формируются разности разностей фаз
р1
2
1
Δϕ=Δϕ-Δϕ,
р2
4
3
Δϕ=Δϕ-Δϕ,
р3
6
5
Δϕ=Δϕ-Δϕ,
эквивалентные измерению фазовых сдвигов на измерительных базах, длина которых определяется разностью измерительных баз
5
2
1
d=d-d,
6
4
3
d=d-d,
11
10
9
d=d-d.
5
6
11
Таким образом, выбирая разности измерительных баз d, d, d достаточно малыми, можно обеспечить формирование грубых, но однозначных шкал отсчета азимута α, угла места β и угла ориентации γ АРБ.
На выходе сумматоров 70, 71, 72 образуются суммы разностей фаз
с1
1
Δϕ=Δϕ+Δϕ2,
с2
3
4
Δϕ=Δϕ+Δϕ,
с3
5
6
Δϕ=Δϕ+Δϕ,
эквивалентные измерению фазовых сдвигов на измерительных базах, длина которых определяется суммой измерительных баз:
7
1
2
d=d+d,
8
3
4
d=d+d,
12
9
10
d=d+d.
Так формируются точные, но неоднозначные шкалы отсчета азимута α, угла места β и угла ориентации γ АРБ.
В результате между сформированными косвенным методом и измерительными базами устанавливаются следующие неравенства:
, , .
Итак, при использовании особого расположения антенн и формировании измерительных баз косвенным методом после измерения вышеуказанным способ одновременно с высокой точностью и при условии однозначным - азимута α, угла места β и угла ориентации γ - можно определить местоположение АРБ судна или самолета, потерпевшего аварию, за один прилет летательного аппарата.
3
Время задержки τ линии задержки 42 выбирается таким, чтобы можно было произвести обработку и анализ обнаруженного ФМн сигнала. По истечении этого времени напряжение с 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.
Вся полученная на борту ИСЗ 3 информация от аварийных радиобуев включается в состав формата цифрового сообщения, передаваемого на ППИ 16. Сформированное цифровое сообщение передается 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 и 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 сообщения 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, 10Ю 11 и ЗУ 12 и 13. Мощность излучения передатчика 14 может регулироваться 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.
На 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 сети 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 борту 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.
г2
Предлагаемая система инвариантна к виду модуляции и нестабильности несущей частоты, так как пеленгация аварийных радиобуев осуществляется на стабильной частоте ω второго гетеродина 44. Поэтому указанные факторы не оказывают влияния на фазовые измерения.
Таким образом, предлагаемая система по сравнению с базовым объектом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает формирование измерительных баз косвенным методом, точное и однозначное определение 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 размещается приемная антенна 4 измерительного канала. Фазовый пеленгатор с таким расположением антенн 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 методом 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 «Петерспутник».
Тем самым функциональные возможности системы расширены.