АВАРИЙНЫЙ СТАЦИОНАРНЫЙ РАДИОМАЯК КОСМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ПОИСКА И СПАСАНИЯ

Полезная модель относится к радиотехническим устройствам для формирования сигнала с фазовой модуляцией несущей частоты и может использоваться в аварийных радиомаяках космической системы поиска и спасания аварийных самолетов и судов КОСПАС/САРСАТ, а также в любых других радиомаяках, имеющих фазовую модуляцию несущей частоты.
Известны радиобуи (аварийные радиобуи, аварийные радиомаяки и переносные радиобуи), способные принимать данные о местоположении от встроенных или внешних навигационных приемников, главным образом системы глобального позиционирования GPS, а также несколько типов радиобуев специального назначения, имеющих в своем составе дополнительный передатчик диапазона 280 МГц и приемник диапазона 300-2500 МГц, осуществляющий кодирование данных и голоса. В составе всех радиобуев, применяется микропроцессор, который формирует цифровое сообщение на частоте 406 МГц, сигнал амплитудной модуляции на частоте 121,5 МГц, а также осуществляет опрос датчиков перегрузки.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является аварийный радиомаяк, известный из патента RU 2157546, предназначенный для передачи информации (сигналов бедствия, кодов принадлежности и координат объектов, терпящих бедствие) через искусственные спутники Земли международной системы КОСПАС/САРСАТ на станции приема и обработки информации, а также определения координат воздушных судов, терпящих бедствие. Радиомаяк содержит пульт дистанционного управления, передающую антенну и радиомодуль, включающий передатчик сигнала аварийного сообщения, программно-временное устройство, датчик перегрузки, подключенный к программно-временному устройству и блок автономного питания.
Недостатком описанного в патенте RU 2157546 радиомаяка является отсутствие возможности изменения литеры несущей частоты без замены задающего
генератора и изменения конструкции передатчика, а также сложность в регулировке при серийном производстве.
Предлагаемое техническое решение позволяет проводить перепрограммирование микроконтроллера без замены опорного генератора для излучения аварийного сообщения на любой литере несущей частоты, выделенной системе КОСПАС/САРСАТ в полосе 406,0-406,1 МГц. Предлагаемый аварийный стационарный радиомаяк более приспособлен к серийному изготовлению, что снижает производственные расходы.
N
R
N
INT
FRАС
MOD
INT
FRAC
MOD
Данный технический результат достигается тем, что предложен аварийный стационарный радиомаяк космической системы поиска и спасания, содержащий пульт дистанционного управления, радиомодуль и передающую антенну. Радиомодуль, включает датчик перегрузки, программно-временное устройство, передатчик сигнала аварийного сообщения и блок автономного питания. Передатчик сигнала аварийного сообщения содержит формирователь сигнала аварийного сообщения, включающий опорный генератор синтезатора частоты, синтезатор частоты, петлевой фильтр низких частот, генератор, управляемый напряжением, и усилитель мощности. Синтезатор частоты, включает делитель с дробным коэффициентом деления K и делитель с целочисленным коэффициентом деления K. Дробный коэффициент деления К=К+К/К, где K, K и K - целочисленные коэффициенты, значения которых изменяются микроконтроллером синтезатора частоты для формирования закона фазовой модуляции несущей частоты в течение интервала времени, сравнимого с длительностью изменения фазы сигнала. Выход синтезатора частоты соединен с входом петлевого фильтра низких частот. Выход петлевого фильтра низких частот соединен с входом генератора, управляемого напряжением. Генератор, управляемый напряжением, соединен по кольцу обратной связи с синтезатором частоты. Выход генератора управляемого напряжением соединен с входом усилителя мощности. Выход усилителя мощности соединен с антенной. К входам синтезатора частоты подключены выходы микроконтроллера синтезатора частоты и выход опорного генератора синтезатора частоты. К входам микроконтроллера
синтезатора частоты подключены выходы буферных вентилей и выход опорного генератора микроконтроллера синтезатора частоты. Программно-временное устройство содержит микроконтроллер программно-временного устройства. Выходы микроконтроллера программно-временного устройства соединены с входами буферных вентилей. К входам микроконтроллера программно-временного устройства подключены выход датчика перегрузки и выход опорного генератора микроконтроллера программно-временного устройства.
Сущность полезной модели поясняется чертежами:
фиг.1 - структурная схема аварийного радиомаяка;
фиг.2 - структурная схема формирования сигнала по каналу 406 МГц;
фиг.3 - зависимость изменения фазы сигнала от изменения коэффициента деления в цепи обратной связи.
В состав аварийного радиомаяка (фиг.1) входят пульт дистанционного управления 1, обеспечивающий прием точных координат от навигационной системы воздушного судна или приемника систем глобального позиционирования, радиомодуль 2 и передающая антенна 3. Радиомодуль 2 состоит из передатчика сигнала аварийного сообщения 6, формирующего сигналы по каналам 406 и 121,5 МГц, программно-временного устройства 5, датчика перегрузки 7, блока автономного питания 4 и корпуса. По каналу 406 МГц формируется импульсный фазоманипулированный сигнал аварийного сообщения, содержащий аварийное сообщение, индивидуальный номер радиомаяка, страну регистрации, точные координаты от навигационной системы воздушного судна или приемника систем глобального позиционирования. По каналу 121,5 МГц формируется непрерывный сигнал для наведения поисково-спасательных средств.
Формирование сигнала аварийного сообщения осуществляется следующим образом (фиг.2).
При срабатывании датчика перегрузки или по сигналу от пульта дистанционного управления 1 программно-временное устройство 5 осуществляет перевод радиомаяка в режим излучения аварийного сообщения по каналу 406 МГц и сигнала для наведения поисково-спасательных средств по каналу 121,5
МГц. Для обеспечения ввода точных координат, формирования временных параметров и кодирования аварийного сообщения по каналу 406 МГц, а также для обеспечения формирования временных параметров модуляции сигнала для наведения поисково-спасательных средств по каналу 121,5 МГц, программно-временное устройство 5 включает микроконтроллер 8, соединенный через буферные вентили 9 с микроконтроллером 10 передатчика сигнала аварийного сообщения 6, и опорный генератор 17 микроконтроллера программно-временного устройства. Синтезатор частоты 11, управляемый микроконтроллером 10, включает делитель 12, с дробным коэффициентом деления в кольце обратной связи и делитель 13 с целочисленным коэффициентом деления. К микроконтроллеру 10 подключен опорный генератор 18. Передатчик сигнала аварийного сообщения 6 содержит, расположенные последовательно и образующие формирователь сигнала аварийного сообщения, опорный генератор 19 синтезатора частоты, синтезатор частоты 11, петлевой фильтр низких частот 14, генератор, управляемый напряжением, 15 соединенный по кольцу обратной связи с синтезатором частоты 11 и усилитель мощности 16.
N
INT
FRАС
MOD
INT
FRAC
MOD
INT
FRAC
MOD
R
Работа формирователя сигнала основана на системе фазовой автоподстройки частоты с дробным коэффициентом деления частоты в цепи обратной связи. Управление дробным коэффициентом деления частоты осуществляется микроконтроллером 10 синтезатора частоты. Для формирования несущей частоты аварийного сообщения микроконтроллер 10 синтезатора частоты устанавливает дробный коэффициент деления в кольце обратной связи К=К+К/К, где K, K и K целочисленные коэффициенты, K (8 разрядов, 0-256), K (12 разрядов, 0-4096) и K (12 разрядов, 0-4096). Целочисленный коэффициент K (4 разряда, 0-15) позволяет формировать требуемое значение частоты сравнения фазы в синтезаторе частоты 11, делением сигнала опорного генератора 19, поступающего на синтезатор частоты 11.
Для формирования несущей частоты и модуляции несущей частоты микроконтроллер 10 передает в синтезатор частоты 11 следующие сигналы: тактирование,
INT
FRAC
MOD
INT
FRAC
MOD
R
N
INT
FRAC
MOD
INT
FRAC
MOD
данные (коэффициенты K, K, K), разрешение записи (сигнал разрешения приема коэффициентов K, K, K). Значение частоты сравнения фазы формируется делением на коэффициент K частоты опорного генератора 19 и соответствует частоте формируемой генератором, управляемым напряжением, 15 деленным на коэффициент K. Значения коэффициентов K, K, K, сигнал тактирования и сигнал разрешения приема коэффициентов K, K, K передаются от микроконтроллера 10 на синтезатор 11 последовательно.
При поступлении сигналов управления от микроконтроллера 10 на синтезатор частоты 11, синтезатор частоты 11 формирует управляющий сигнал на генератор, управляемый напряжением, 15, в этом случае генератор, управляемый напряжением, 15 формирует фазоманипулированный сигнал на литере несущей частоты в диапазоне 406,0-406,1 МГц. При отсутствии сигналов от микроконтроллера 10 синтезатора частоты, синтезатор частоты 11 не формирует управляющий сигнал, на генератор, управляемый напряжением, 15, в этом случае генератор, управляемый напряжением, 15 формирует сигнал произвольной формы в диапазоне 400-440 МГц.
FRAC
N
N
N
Для формирования несущей частоты в синтезаторе 11 осуществляется изменение коэффициента K в течение интервала времени сравнимого с длительностью фронта нарастания/спада модулирующей функции (фазы) на минимальное приращение ΔК=1/4096, (фиг.3). Длительность интервала времени, в течение которого значение коэффициента K отклоняется на величину ΔК, кратна периоду частоты сравнения фазы и лежит в пределах, обеспечивающих заданное увеличение или уменьшение индекса фазовой модуляции.
Полоса пропускания рассматриваемого кольца задается параметрами петлевого фильтра низких частот 14. Ее значение достаточно для компенсации шумов генератора, управляемого напряжением, 15 и реализуемо при выбранном значении частоты сравнения и обеспечивает минимальные искажения закона фазовой манипуляции переходным процессом фазовой автоподстройки
частоты. Сигнал генератора, управляемого напряжением, 15 усиливается усилителем мощности 16 и поступает на антенну 3.
Аварийный радиомаяк работает следующим образом.
При подаче электропитания от бортовой сети воздушного судна радиомаяк переходит в режим встроенного контроля. В режиме встроенного контроля производится измерение выходной мощности передатчиков канала 121,5 МГц и 406 МГц и тест работоспособности программно-временного устройства 5. Сигнал выходной мощности поступает на микроконтроллер 8 программно-временного устройства 5. При величине сигнала выше порога устройство переходит в дежурный режим работы, при величине сигнала ниже порога выдается сигнал «отказ» на пульт дистанционного управления 1. Для проверки работоспособности радиомаяка пилот воздушного судна вручную может перевести радиомаяк в режим встроенного контроля.
В дежурном режиме в радиомаяке функционирует только программно-временное устройство 5. Электропитание от бортовой сети воздушного судна поступает на программно-временное устройство 5 от пульта дистанционного управления 1. Микроконтроллер 8 программно временного устройства 5 осуществляет: обновление точных координат от навигационной системы воздушного судна; опрос датчиков перегрузки и прием сигнала от пульта дистанционного управления 1 для перехода в режим работы «Авария».
INT
FRAC
MOD
В режиме работы «Авария» микроконтроллер 8 программно-временного устройства 5 формирует сигнал для переключения электропитания радиомодуля 2 от бортовой сети воздушного судна на блок автономного питания 4; выдает сигнал на микроконтроллер 10 синтезатора частоты для формирования сигнала по каналу 406 МГц и сигнала для наведения поисково-спасательных средств по каналу 121,5 МГц, выдает сигналы на пульт дистанционного управления 1 об индикации излучения сигнала по каналу 406 МГц и включении звуковой сигнализации. Микроконтроллер 10 синтезатора частоты: формирует коды для синтезатора частоты 11 (коэффициенты K, K, K) излучения аварийного сигнала по каналу 406 МГц; формирует сигнал включения электропитания на
каскады усиления передатчика канала 406 МГц; передает сигнал амплитудной модуляции на модулятор передатчика по каналу 121,5 МГц. Выключение режима работы «Авария» и переход в дежурный режим происходит от пульта дистанционного управления 1.