СИСТЕМА ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА, ТЕРПЯЩЕГО БЕДСТВИЕ НА ВОДЕ
SYSTEM FOR DETECTION OF HUMAN BEING SUFFERING DISTRESS ON WATER

Изобретение относится к спасательным средствам и может быть использовано для обнаружения человека, терпящего бедствие на воде, и определения его местоположения.
Известны спасательные системы и устройства (авт. свид. СССР №№385.819, 431.063, 637.298, 765.113, 988.655, 1.348.256, 1.505.840, 1.506.841, 1.588.636, 1.615.054, 1.643.325, 1.664.653; патенты РФ №№2.000.995, 2.038.259, 2.043.259, 2.051.838, 2.193.990, 2.240.950; патенты США №№3.621.501, 4.889.511; патент Великобритании №1.145.051; патент Дании №1.03.118 и другие).
Из известных систем и устройств наиболее близкой к предлагаемой является «Система для обнаружения человека, терпящего бедствие на воде» (патент РФ №2.240.950, В63С 9/20, 2003), которая и выбрана в качестве прототипа.
Указанная система обеспечивает обнаружение человека, терпящего бедствие на воде, и подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным (зеркальным и комбинационным) каналам.
Однако с точки зрения расширения диапазона рабочих частот системы без расширения диапазона частотной перестройки гетеродинов целесообразно не подавлять, а использовать дополнительные каналы приема.
Технической задачей изобретения является расширение диапазона рабочих частот системы без расширения диапазона частотной перестройки гетеродинов путем использования зеркальных каналов приема.
Поставленная задача решается тем, что система для обнаружения человека, терпящего бедствие на воде, включающая, в соответствии с ближайшим аналогом, спасательный жилет, одетый на человека и содержащий два источника света, один из которых расположен в грудной области спасательного жилета, а другой - в заспинной его области, источник тока, два размыкателя электрической цепи, две сообщающиеся герметичные емкости, каждая из которых отделена от окружающей среды мембраной, при этом одна из герметичных емкостей расположена в грудной области спасательного жилета, а другая - в заспинной его области, мембрана каждой емкости связана с размыкателем электрической цепи соответствующего ей источника света посредством рычага, а оба источника света через размыкатели соединены с источником тока параллельно, и два миниатюрных передатчика с передающими антеннами, один из которых расположен в грудной области спасательного жилета, а другой - в заспинной его области, и приемник, установленный на пункте контроля и содержащий последовательно включенные первую приемную антенну, первый усилитель высокой частоты, первый смеситель, второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина, первый усилитель промежуточной частоты, первый коррелятор, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя промежуточной частоты, первый пороговый блок, первый ключ, первый фазометр и блок регистрации, последовательно включенные вторую приемную антенну, второй усилитель высокой частоты, второй смеситель, второй вход которого соединен с первым выходом второго гетеродина, второй усилитель промежуточной частоты, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, и второй узкополосный фильтр, последовательно включенные третью приемную антенну, третий усилитель высокой частоты, третий смеситель, второй вход которого соединен с первым выходом второго гетеродина, третий усилитель промежуточной частоты, второй коррелятор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, второй пороговый блок, второй ключ и второй фазометр, выход которого соединен с вторым входом блока регистрации, последовательно подключенные к второму выходу первого гетеродина первый перемножитель, второй вход которого соединен с вторым выходом второго гетеродина, и первый узкополосный фильтр, выход которого соединен с вторыми входами первого и второго фазометров, последовательно подключенные к выходу первого усилителя промежуточной частоты третий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом третьего усилителя промежуточной частоты, и третий узкополосный фильтр, отличается от ближайшего аналога тем, что приемник снабжен четвертой приемной антенной, четвертым усилителем высокой частоты, четвертым смесителем, четвертым, пятым, шестым и седьмым усилителями промежуточной частоты, третьим, четвертым, пятым и шестым корреляторами, третьим, четвертым, пятым и шестым пороговыми блоками, четвертым, пятым, шестым и седьмым перемножителями, четвертым, пятым, шестым и седьмым узкополосными фильтрами, третьим, четвертым, пятым и шестым ключами, третьим, четвертым, пятым и шестым фазометрами, причем выход второго узкополосного фильтра подключен к второму входу первого ключа, выход третьего узкополосного фильтра подключен к второму входу второго ключа, к выходу четвертой приемной антенны последовательно подключены четвертый усилитель высокой частоты, четвертый смеситель, второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина, четвертый усилитель промежуточной частоты, третий коррелятор, второй вход которого через шестой усилитель промежуточной частоты соединен с выходом третьего смесителя, третий пороговый блок, третий ключ и третий фазометр, второй вход которого соединен с выходом первого узкополосного фильтра, а выход подключен к третьему входу блока регистрации, к выходу шестого усилителя промежуточной частоты последовательно подключены четвертый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом четвертого усилителя промежуточной частоты, и четвертый узкополосный фильтр, выход которого соединен с вторым входом третьего ключа, к выходу шестого усилителя промежуточной частоты последовательно подключены четвертый коррелятор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, четвертый пороговый блок, четвертый ключ и четвертый фазометр, второй вход которого соединен с выходом первого узкополосного фильтра, а выход подключен к четвертому входу блока регистрации, к выходу шестого усилителя промежуточной частоты последовательно подключены пятый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, и пятый узкополосный фильтр, выход которого соединен с вторым входом четвертого ключа, к выходу первого смесителя последовательно подключены пятый усилитель промежуточной частоты, пятый коррелятор, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя промежуточной частоты, пятый пороговый блок, пятый ключ и пятый фазометр, второй вход которого соединен с выходом первого узкополосного фильтра, а выход подключен к пятому входу блока регистрации, к выходу пятого усилителя промежуточной частоты последовательно подключены шестой перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя промежуточной частоты, и шестой узкополосный фильтр, выход которого соединен с вторым входом пятого ключа, к выходу четвертого смесителя последовательно подключены седьмой усилитель промежуточной частоты, шестой коррелятор, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя промежуточной частоты, шестой пороговый блок, шестой ключ и шестой фазометр, второй вход которого соединен с выходом первого узкополосного фильтра, а выход подключен к шестому входу блока регистрации, к выходу седьмого усилителя промежуточной частоты последовательно подключены седьмой перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя промежуточной частоты, и седьмой узкополосный фильтр, выход которого соединен с вторым входом шестого ключа, приемные антенны размещены в виде геометрического квадрата, в вершинах которого расположены приемные антенны, а стороны являются измерительными базами.
На фиг.1 схематично изображен спасательный жилет, одетый на человека; на фиг.2 - то же, разрез.
Структурная схема приемника, работающего на пункте контроля, представлена на фиг.3. Взаимное расположение приемных антенн показано на фиг.5. Частотная диаграмма, иллюстрирующая образование дополнительных каналов приема, изображена на фиг.4. Геометрическая схема расположения летательного аппарата (ЛА) и человека показана на фиг.6.
Система содержит спасательный жилет с источниками 1 и 2 света, передатчиками 19 и 20 с передающими антеннами 21 и 22 соответственно и приемник, установленный на пункте контроля.
Спасательный жилет, кроме того, содержит источник 3 энергии, кабели 4 и 5 подвода энергии к источникам света 1, 2 и передатчикам 19, 20, патроны 6 и 7, мембраны 8, 9 и связанные с ними рычаги 10 и 11 с контактами 12 и 13, а также герметичную пневмомагистраль 14, связывающую герметичные воздушные полости 15 и 16. Места ввода кабелей 4 и 5 от источника энергии 3 в полости 15 и 16 загерметизированы уплотнительными кольцами 17 и 18. Источник света 1 и передатчик 19, источник света 2 и передатчик 20 подключены параллельно к источнику энергии 3.
Приемник, установленный на пункте контроля, содержит последовательно включенные первую приемную антенну 23, первый усилитель 26 высокой частоты, первый смеситель 31, второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина 29, первый усилитель 34 промежуточной частоты, первый коррелятор 43, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя 35 промежуточной частоты, первый пороговый блок 49, первый ключ 51, первый фазометр 53 и блок 55 регистрации, последовательно включенные вторую приемную антенну 24, второй усилитель 27 высокой частоты, второй смеситель 32, второй вход которого соединен с первым выходом второго гетеродина 30, второй усилитель 35 промежуточной частоты, второй перемножитель 39, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя 34 промежуточной частоты, и второй узкополосный фильтр 41, выход которого соединен с вторым входом первого ключа 51, последовательно включенные третью приемную антенну 25, третий усилитель 28 высокой частоты, третий смеситель 33, второй вход которого соединен с первым выходом второго гетеродина 30, третий усилитель 36 промежуточной частоты, второй коррелятор 44, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя 34 промежуточной частоты, второй пороговый блок 50, второй ключ 52 и второй фазометр 54, выход которого соединен с вторым входом блока 55 регистрации, последовательно подключенные к второму выходу первого гетеродина 29 первый перемножитель 37, второй вход которого соединен с вторым выходом второго гетеродина 30, и первый узкополосный фильтр 38, выход которого соединен с вторыми входами первого 53 и второго 54 фазометров, последовательно подключенные к выходу третьего усилителя 36 промежуточной частоты третий перемножитель 40, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя 34 промежуточной частоты, и третий узкополосный фильтр 42, выход которого соединен с вторым входом второго ключа 52, последовательно включенные четвертую приемную антенну 45, четвертый усилитель 46 высокой частоты, четвертый смеситель 47, второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина 29, четвертый усилитель 48 промежуточной частоты, третий коррелятор 59, второй вход которого через шестой усилитель 57 промежуточной частоты соединен с выходом третьего смесителя 33, третий пороговый блок 60, третий ключ 63 и третий фазометр 64, второй вход которого соединен с выходом первого узкополосного фильтра 38, а выход подключен к третьему входу блока 55 регистрации, последовательно подключенные к выходу шестого усилителя 57 промежуточной частоты четвертый перемножитель 61, второй вход которого соединен с выходом четвертого усилителя 48 промежуточной частоты, и четвертый узкополосный фильтр 62, выход которого соединен с вторым входом третьего ключа 63, последовательно подключенные к выходу шестого усилителя 57 промежуточной частоты четвертый коррелятор 65, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя 34 промежуточной частоты, четвертый пороговый блок 66, четвертый ключ 69 и четвертый фазометр 70, второй вход которого соединен с выходом первого узкополосного фильтра 38, а выход подключен к четвертому входу блока 55 регистрации, последовательно подключенные к выходу шестого усилителя 57 промежуточной частоты пятый перемножитель 67, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя 34 промежуточной частоты, и пятый узкополосный фильтр 68, выход которого соединен с вторым входом четвертого ключа 69, последовательно подключенные к выходу первого смесителя 31 пятый усилитель 56 промежуточной частоты, пятый коррелятор 71, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя 35 промежуточной частоты, пятый пороговый блок 72, пятый ключ 75 и пятый фазометр 76, второй вход которого соединен с выходом первого узкополосного фильтра 38, а выход подключен к пятому входу блока 55 регистрации, последовательно подключенные к выходу пятого усилителя 56 промежуточной частоты шестой перемножитель 73, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя 35 промежуточной частоты, и шестой узкополосный фильтр 74, выход которого соединен с вторым входом пятого ключа 75, последовательно подключенные к выходу четвертого смесителя 47 седьмой усилитель 58 промежуточной частоты, шестой коррелятор 77, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя 35 промежуточной частоты, шестой пороговый блок 78, шестой ключ 81 и шестой фазометр 82, второй вход которого соединен с выходом первого узкополосного фильтра 38, а выход подключен к шестому входу блока 55 регистрации, последовательно подключенные к выходу седьмого усилителя 58 промежуточной частоты седьмой перемножитель 79, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя 35 промежуточной частоты, и седьмой узкополосный фильтр 80, выход которого соединен с вторым входом шестого ключа 81.
Приемные антенны 23, 24, 25 и 45 размещены в виде геометрического квадрата, в вершинах которого расположены приемные антенны, а стороны являются измерительными базами d (фиг.5).
Система работает следующим образом.
2
1
В положении, показанном на фиг.1, давление окружающей среды P на мембрану 9 больше, чем атмосферное давление P на мембрану 8. Мембрана 9 находится в поджатом, мембрана 8 - в отжатом состоянии. Следовательно, рычаг 11 отжимает контакт 13 от источника 2 света и передатчика 22, а рычаг 10 поджимает контакт 12 к источнику 1 света и передатчику 19. Источник 1 света горит, передатчик 19 излучает сигнал бедствия, источник 2 света не горит, передатчик 20 не работает.
Если человек совершает поворот относительно горизонтальной оси на 180°, тогда наверху оказывается источник 2 света и передатчик 20 с передающей антенной 22.
Давление среды на мембрану 8 становится больше, чем на мембрану 9, мембрана 8 поджимается, рычаг 10 размыкает контакт 12 с источником 1 света и передатчиком 19 с передающей антенной 21. Цепь размыкается, источник 1 света гаснет, передатчик 19 выключается. Одновременно воздух из полости 15 перетекает через магистраль 14 в полость 16, мембрана 9 отжимается, рычаг 11 замыкает контакт 13 с источником 2 света и передатчиком 29 с передающей антенной 22. Источник 2 света загорается, а передатчик 20 излучает сигнал бедствия.
В ночное время и в хорошую погоду источник света может быть обнаружен визуально на значительном расстоянии. Однако в светлое время и в плохую погоду источник света обнаружить затруднительно.
п
c
с
Радиоизлучение является всепогодным и обеспечивает передачу сигнала бедствия на большие расстояния. При этом сигнал бедствия (SOS) излучается периодически с определенным периодом Т и длительностью Т на определенной частоте ω, которая отводится именно для передачи сигнала бедствия и не занимается для передачи другой информации.
Приемник размещается на пункте контроля, который может быть размещен на суше, на кораблях различного назначения, в том числе и на кораблях поиска и спасения, а также на летательных аппаратах (вертолетах, самолетах и космических аппаратах).
Приемные антенны 23, 24, 25 и 45, поднятые над поверхностью воды, например, с помощью летательного аппарата и расположенные в виде геометрического квадрата (фиг.5), принимают сигнал бедствия:
c
c
1
4
c
где U, ω, φ-φ, Т - амплитуда, несущая частота, начальные фазы и длительность сигналов бедствия;
±Δω - нестабильность несущей частоты сигнала бедствия, обусловленная эффектом Доплера и другими дестабилизирующими факторами.
Указанные сигналы с выходов приемных антенн 23, 24, 25 и 45 через усилители 26, 27, 28 и 46 высокой частоты поступают на первые входы смесителей 31, 32, 33 и 47 соответственно, на вторые входы которых подаются напряжения гетеродинов 29 и 30:
г1
г2
пр
частоты ω и ω которых разнесены на удвоенное значение промежуточной частоты 2ω
с
и выбраны симметричными относительно несущей частоты ω
На выходах смесителей 31, 32, 33 и 47 образуются напряжения комбинационных частот:
c
0≤t≤T,
где
пр
с
г1
г2
с
ω=ω-ω=ω-ω - промежуточная (разностная) частота;
пр1
1
г1
пр2
г2
2
пр3
г2
3
пр4
4
г1
φ=φ-φ; φ=φ-φ; φ=φ-φ; φ=φ-φ.
н1
н1
пр
н2
пр
н2
пр
Частота настройки ω усилителей 34, 35, 36 и 48 промежуточной частоты выбрана равной промежуточной частоте (ω=ω). Частота настройки ω усилителей 56, 57 и 58 промежуточной частоты выбрана равной утроенному значению промежуточной частоты 3ω(ω=3ω).
пр1
пр2
пр3
пр4
Усилителями 34, 35, 36 и 48 выделяются напряжения u(t), u(t), u(t) и u(t) соответственно.
г1
г2
Напряжения u(t) и u(t) со вторых выходов гетеродинов 29 и 30 подаются на два входа перемножителя 37, на выходе которого образуется напряжение
где
которое выделяется узкополосным фильтром 38.
пр1
пр2
пр1
пр3
Напряжения u(t) и u(t), u(t) и u(t) с выходов усилителей 34, 35 и 36 промежуточной частоты подаются на два входа перемножителей 39 и 40, на выходах которых образуются следующие напряжения соответственно:
где
d - измерительная база;
λ - длина волны;
1
1
α, β - истинные угловые координаты (азимут и угол места) источника излучения сигнала бедствия, которые выделяются узкополосными фильтрами 41 и 42 (фиг.5, а).
пр1
пр2
пр1
пр3
1
2
1
2
пор
1
1
пор
пор
Напряжения u(t) и u(t), u(t) и u(t) одновременно поступают на два входа корреляторов 43 и 44, на выходах которых образуются напряжения U и U, пропорциональные корреляционным функциям R(τ) и R(τ). Указанные напряжения поступают на входы пороговых блоков 49 и 50, где сравниваются с пороговым напряжением U. Указанные напряжения достигают максимального значения только при истинных значениях угловых координат α и β. И только при этих значениях они превышают пороговый уровень U. При превышении порогового уровня U в пороговых блоках 49 и 50 формируются постоянные напряжения, которые поступают на управляющие входы ключей 51 и 52, открывая их. В исходном состоянии ключи 51, 52, 63, 69, 75 и 81 всегда закрыты.
5
6
г
1
2
При этом напряжения u(t) и u(t) с выходов узкополосных фильтров 41 и 42 через открытые ключи 51 и 52 поступают на первые входы фазометров 53 и 54 соответственно, на вторые входы которых подается напряжение u(t) с выхода узкополосного фильтра 38, фазометры 53 и 54 измеряют фазовые сдвиги Δφ и Δφ, которые фиксируются блоком 55 регистрации.
1
1
Зная высоту h полета летательного аппарата ЛА и измерив угловые координаты α и β, можно точно и однозначно определить координаты источника излучения сигнала бедствия (человека, терпящего бедствие на воде) (фиг.6).
с
Описанная выше работа приемника соответствует случаю приема полезного сигнала бедствия по основному каналу на частоте ω (фиг.4).
з1
Если сигнал бедствия принимается по первому зеркальному каналу на частоте ω (фиг.5, б):
то усилителями 34, 57 и 48 выделяются следующие напряжения:
з1
0≤t≤T,
где
- промежуточная частота,
пр5
г1
7
пр6
г2
9
пр7
г1
10
φ=φ-φ; φ=φ-φ; φ=φ-φ.
пр5
пр6
пр7
пр6
Напряжения u(t) и u(t), u(t) и u(t) с выходов усилителей 34, 57 и 48 поступают на два входа перемножителей 61 и 67, на выходах которых образуются следующие напряжения соответственно:
з1
0≤t≤T,
где
пр6
пр7
пр5
пр7
3
4
3
4
пор
пор
которые выделяются узкополосными фильтрами 62 и 68 соответственно. Напряжения u(t) и u(t), u(t) и u(t) одновременно поступают на два входа корреляторов 59 и 65 соответственно, на выходах которых образуются напряжения U и U, пропорциональные корреляционным функциям R(τ) и R(τ). Указанные напряжения поступают на входы пороговых блоков 60 и 66, где сравниваются с пороговым напряжением U. При превышении порогового уровня U в пороговых блоках 60 и 61 формируются постоянные напряжения, которые поступают на управляющие входы ключей 63 и 69, открывая их.
11
12
г
3
4
При этом напряжения u(t) и u(t) с выходов узкополосных фильтров 62 и 68 через открытые ключи 63 и 69 поступают на первые входы фазометров 64 и 70 соответственно, на вторые входы которых подается напряжение u(t) с выхода узкополосного фильтра 38. Фазометры 64 и 70 измеряют фазовые сдвиги Δφ и Δφ, которые фиксируются блоком 55 регистрации.
з2
Если сигнал бедствия принимается по второму зеркальному каналу на частоте ω (фиг.5, в):
з2
0≤t≤T,
то усилителями 56, 35 и 58 выделяются следующие напряжения:
з2
0≤t≤T,
где
пр
з2
г2
ω=ω-ω - промежуточная частота;
пр
з2
г1
3ω=ω-ω;
пр8
13
г1
пр9
14
г2
пр10
16
г1
φ=φ-φ; φ=φ-φ; φ=φ-φ.
пр8
пр9
пр9
пр10
Напряжения u(t) и u(t), u(t) и u(t) с выходов усилителей 56, 35 и 58 поступают на два входа перемножителей 73 и 79, на выходах которых образуются следующие напряжения соответственно:
з2
0≤t≤T,
где
пр8
пр9
пр9
пр10
5
6
пор
пор
которые выделяются узкополосными фильтрами 74 и 80 соответственно. Напряжения u(t) и u(t), u(t) и u(t) с выходов усилителей 56, 35 и 58 одновременно поступают на два входа корреляторов 71 и 77 соответственно, на выходах которых образуются напряжения, пропорциональные корреляционным функциям R(τ) и R(τ). Указанные напряжения поступают на входы пороговых блоков 72 и 78, где сравниваются с пороговым напряжением U. При превышении порогового уровня U в пороговых блоках 72 и 78 формируются постоянные напряжения, которые поступают на управляющие входы ключей 75 и 81, открывая их.
17
18
г
5
6
При этом напряжения u(t) и u(t) с выходов узкополосных фильтров 74 и 80 через открытые ключи 75 и 81 поступают на первые входы фазометров 76 и 82 соответственно, на вторые входы которых подается напряжение u(t) с выхода узкополосного фильтра 38. Фазометры 76 и 82 измеряют фазовые сдвиги Δφ и Δφ, которые фиксируются блоком 55 регистрации.
с
з1
з2
Если сигналы бедствия одновременно принимаются по основному каналу на частоте ω, по первому зеркальному каналу на частоте ω и по второму зеркальному каналу на частоте ω, то в работе участвуют все блоки приемника (фиг.5, г).
з1
з2
Таким образом, предлагаемая система по сравнению с прототипом обеспечивает расширение диапазона рабочих частот приемника без расширения диапазона частотной перестройки гетеродинов. Это достигается путем использования первого и второго зеркальных каналов приема на частотах ω и ω.
пр
Следует отметить, что преобразование на зеркальных каналах происходит с тем же коэффициентом преобразования К, что и по основному каналу приема, поэтому их можно считать равнозначными каналами, имеющими право на адекватное использование.