СПОСОБ ПЕРСОНАЛЬНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ О ПОМОЩИ ПРИ ВОЗНИКНОВЕНИИ ОПАСНОЙ СИТУАЦИИ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ
METHOD FOR PERSONAL SIGNALLING FOR HELP IN CASE OF EMERGENCY AND SYSTEM FOR REALISING SAID METHOD

Предлагаемые технические решения относятся к персональному оповещению различных служб охраны порядка, спасения при чрезвычайных ситуациях, пожарных команд, скорой медицинской помощи, служб дорожной безопасности, специальных служб министерства обороны и т.п. при угрозе возникновения опасности или в случаях, когда требуется максимально быстрое оказание той или иной помощи лицу или группе лиц.
Известны способы, системы и устройства вызова экстренной помощи (патенты РФ №№2.106.694, 2.146.079, 2.184.395, 2.198.800, 2.230.367, 2.277.264, 2.341.826; патент США №5.607.770; патенты Великобритании №№2.218.835, 2.365.186; патент Франции №2.735.893; патенты Германии №№3.905.836, 4.121.589; Дикарев В.И. Безопасность, защита и спасение человека. Санкт-Петербург, изд-во ОАО «Техническая книга», 2007, 572 с., и др.).
Из известных способов, систем и устройств наиболее близкими к предлагаемым являются «Способ персональной сигнализации о помощи при возникновении опасной ситуации и система для его реализации» (патент РФ №2.184.395, G08B 25/08, 1999), которые и выбраны в качестве базовых объектов.
Известный способ заключается в том, что при опасности осуществляют подачу сигнала посредством персонального радиосигнального модуля, данный радиосигнал преобразуют в сообщение на промежуточных пунктах, имеющих линию телефонной сети, распределенных на контролируемой территории, сообщение направляют по телефонным линиям на пункт контроля или в соответствующий орган обеспечения помощи, определяют местоположения источника сигнала в соответствии с расположением промежуточных пунктов, с которых поступило сообщение. Система содержит персональный радиосигнальный модуль, устройства приема радиосигналов и формирования сообщений, находящихся на промежуточных пунктах, устройство автодозвона для передачи сообщений на пункт контроля, радиопеленгаторы. При возникновении какой-либо опасности владелец модуля нажимает на соответствующую кнопку. Сигнал с модуля улавливается приемными антеннами расположенных ближайших промежуточных пунктов, и после преобразования сигнала по телефонным линиям с соответствующих телефонных аппаратов поступают сообщения с дозвоном на пульт пункта контроля, определяющий местоположение владельца.
Технической задачей изобретения является повышение точности определения местоположения источника радиосигнала о помощи при возникновении опасной ситуации путем использования встречно-штыревого преобразователя, трех частот и сложных радиосигналов с фазовой манипуляцией.
1
1
1
2
1
2
2
3
3
Поставленная задача решается тем, что способ персональной сигнализации о помощи при возникновении опасной ситуации, заключающийся в соответствии с ближайшим аналогом в том, что осуществляют передачу радиосигнала посредством персонального радиосигнального модуля, данный радиосигнал принимают на промежуточных пунктах, подключенных к телефонным линиям и распределенных на контролируемой территории для обеспечения приема радиосигнала указанного радиосигнального модуля на ближайших к нему промежуточных пунктах, преобразуют принятый радиосигнал в соответствующее сообщение и передают его на пункт контроля и приема сообщений, на котором определяют местоположение источника радиосигнала в соответствии с расположением промежуточных пунктов, с которых поступило сообщение, в зоне обнаружения источника радиосигнала осуществляют генерирование радиосигнала, несущего информацию о персональных данных владельца указанного радиосигнального модуля путем перевода в активное состояние пассивного источника радиосигнала персонального радиосигнального модуля за счет энергии облучения радиопеленгатора, отличается от ближайшего аналога тем, что на персональном радиосигнальном модуле формируют высокочастотной колебание на частоте w, манипулируют его по фазе модулирующим кодом, несущим информацию о возникновении той или иной опасной ситуации, усиливают по мощности сформированный сложный радиосигнал с фазовой манипуляцией, излучают его в эфир на частоте w, принимают на промежуточном пункте, усиливают по мощности, осуществляют синхронное детектирование с использованием опорного напряжения с частотой w, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное модулирующему коду, задерживают его на время, равное длительности модулирующего кода, суммируют с кодом промежуточного пункта, перемножают опорное напряжение само на себя, выделяют гармоническое колебание несущей частоты w=2w, манипулируют его по фазе суммарным кодом, усиливают по мощности, сформированный сложный радиосигнал с фазовой манипуляцией на частоте w излучают в эфир, принимают на пункте контроля, усиливают по мощности, перемножают с низкочастотным напряжением, пропорциональным суммарному коду, выделяют опорное напряжение на частоте w, перемножают его с принятым сложным радиосигналом с фазовой манипуляцией, выделяют низкочастотное напряжение и регистрируют его, на радиопеленгаторе формируют гармоническое колебание несущей частоты w, усиливают его по мощности, излучают в эфир, принимают его на пассивном источнике сигнала, в качестве которого используют пьезокристалл с нанесенным на его поверхность алюминиевым встречно-штыревым преобразователем, связанным с микрополосковой антенной, и набором отражателей, преобразуют в акустическую волну, обеспечивают ее распространение по поверхности пьезокристалла и обратное отражение, преобразуют отраженную акустическую волну опять в сложный радиосигнал с фазовой манипуляцией, внутренняя структура которого соответствует структуре встречно-штыревого преобразователя, переизлучают его в эфир, принимают приемопередающей и приемной антеннами, которые размещают на радиопеленгаторе и разносят в горизонтальной плоскости на расстояние d, где d - измерительная база, усиливают по мощности, умножают и делят по фазе на два, выделяют гармонические колебания, измеряют разность фаз между ними, регистрируют ее и определяют азимут на персональный радиосигнальный модуль, осуществляют синхронное детектирование принятого приемопередающей антенной сложного радиосигнала с фазовой манипуляцией с использованием в качестве опорного напряжения гармонического колебания несущей частоты w, выделяют низкочастотное напряжение, пропорциональное структуре встречно-штыревого преобразователя, и регистрируют его.
Поставленная задача решается тем, что система персональной сигнализации о помощи при возникновении опасной ситуации, содержащая в соответствии с ближайшим аналогом персональный радиосигнальный модуль, пункт контроля и приема сообщений, предназначенный для определения местоположения источника радиосигнала, промежуточные пункты с устройствами приема радиосигнала и формирования сообщения, предназначенные для приема радиосигналов от персонального радиосигнального модуля и преобразования в соответствующее сообщение с информацией о виде помощи и расположении промежуточного пункта, на котором находится указанное устройство приема радиосигнала и формирования сообщения, распределенные на контролируемой территории для обеспечения приема радиосигнала указанного радиосигнального модуля на ближайших к нему промежуточных пунктах и подключенные к телефонным линиям для связи с пунктом приема и контроля сообщений, предназначенным для определения местоположения источника радиосигнала по расположению промежуточных пунктов, с которых поступило сообщение, при этом персональный радиосигнальный модуль имеет элементы управления передачей сигнала, выполненные с разграничением вида сообщения, и пассивный источник радиосигнала, несущего информацию о персональных данных владельца радиосигнального модуля, приводимый в активное состояние за счет энергии облучения при пеленгации в зоне нахождения владельца персонального радиосигнального модуля, проводимой сотрудниками группы спасения или оказания помощи, устройства приема радиосигнала и формирования сообщения расположены в жилых или административных зданиях, преимущественно на противоположных сторонах зданий, а телефонные аппараты абонентов расположены в указанных зданиях для визуального контроля ситуации, отличается от ближайшего аналога тем, что персональный радиосигнальный модуль выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора, фазового манипулятора, второй вход которого через последовательно включенные логический элемент ИЛИ и соответствующие элементы управления передачей сигнала соединен с выходами генераторов модулирующего кода, усилителя мощности и передающей антенны, пассивный источник радиосигнала выполнен в виде пьезокристалла с нанесенным на его поверхность алюминиевым тонкопленочным встречно-штыревым преобразователем, связанным с микрополосковой антенной, и набором отражателей, встречно-штыревой преобразователь содержит две гребенчатые системы электродов, электроды каждой из гребенок соединены друг с другом шинами, связанными с микрополосковой антенной, устройство приема радиосигнала и формирования сообщения выполнено в виде последовательно включенных дуплексера, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, первого усилителя мощности, фазового детектора, второй вход которого соединен с первым выходом опорного генератора, линии задержки, сумматора, второй вход которого соединен с выходом генератора псевдослучайной последовательности, фазового манипулятора и второго усилителя мощности, выход которого соединен со вторым входом дуплексера, последовательно подключенных ко второму выходу опорного генератора перемножителя, второй вход которого соединен со вторым выходом опорного генератора, и узкополосного фильтра, выход которого соединен со вторым входом фазового манипулятора, пункт контроля и приема сообщений выполнен в виде последовательно включенных приемной антенны, усилителя высокой частоты, второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, узкополосного фильтра, первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя высокой частоты, фильтра нижних частот и блока регистрации, радиопеленгатор выполнен в виде последовательно включенных задающего генератора, усилителя мощности, дуплексера, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, первого усилителя высокой частоты, первого удвоителя фазы, первого делителя фазы на два, первого узкополосного фильтра, фазометра и блока регистрации, последовательно включенных приемной антенны, второго усилителя высокой частоты, второго удвоителя фазы, второго делителя фазы на два и второго узкополосного фильтра, выход которого соединен со вторым входом фазометра, второй вход блока регистрации через фазовый детектор соединен с выходом первого усилителя высокой частоты и со вторым выходом задающего генератора, приемопередающая и приемная антенны разнесены в горизонтальной плоскости на расстояние d, где d - измерительная база.
Структурная схема системы, реализующей предлагаемый способ, представлена на фиг.1. Внешний вид и структурная схема персонального радиосигнального модуля 1 представлены на фиг.2-4. Структурная схема устройства 2 приема радиосигналов и формирования сообщения изображена на фиг.5. Структурная схема пункта 19 контроля и приема сообщений показана на фиг.6. Структурная схема радиопеленгатора 23 (24) представлена на фиг.7.
На фиг.1-7 приняты следующие обозначения: персональный радиосигнальный модуль 1, устройство 2 приема радиосигналов и формирования сообщения, промежуточные пункты 3: здание 4, телефон-автомат 5, вышка 6, кнопки 7, 8, 9, пассивный источник 10 сигнала о персональных данных владельца радиомодуля 1, кнопка 11 включения источника 10, антенна 12 радиомодуля 1, устройство 13 приема, формирования и передачи сообщения, приемник 15 и устройство 16 автодозвона, телефонная линия 17, телефонный аппарат 18, пункт 19 контроля и приема сообщений, телефонный пульт 20, дисплей 21, специальное транспортное средство 22, радиопеленгаторы 23 и 24. Персональный модуль 1 имеет элементы управления передачей радиосигнала, выполненные с разграничением вида сообщения.
Персональный радиосигнальный модуль 1 содержит последовательно включенные задающий генератор 25, фазовый манипулятор 28, второй вход которого через логический элемент ИЛИ 27 и кнопку 7 (8, 9) соединен с выходом генератора 26.1 (26.2, 26.3) модулирующего кода, усилитель 29 мощности и передающую антенну 12.
Пассивный источник 10 сигнала выполнен в виде пьезокристалла 30 с нанесенным на его поверхность алюминиевым встречно-штыревым преобразователем, связанным с микрополосковой антенной 31 и набором 35 отражателей, встречно-штыревой преобразователь содержит электроды 32, которые соединены друг с другом шинами 33 и 34, связанными с микрополосковой антенной 31.
Устройство 2 приема радиосигналов и формирования сообщения содержит последовательно включенные дуплексер 37, связанный с приемопередающей антенной 36, первый усилитель 38 мощности, фазовый детектор 40, второй вход которого соединен с первым выходом опорного генератора 39, линию 41 задержки, сумматор 43, второй вход которого соединен с выходом генератора 42 псевдослучайной последовательности, фазовый манипулятор 46 и второй усилитель 47 мощности, выход которого соединен со вторым входом дуплексера 37, последовательно подключенные ко второму выходу опорного генератора 39 перемножитель 44, второй вход которого соединен со вторым выходом опорного генератора 39, и узкополосный фильтр 45, выход которого соединен со вторым входом фазового манипулятора 46.
Пункт 19 контроля и приема сообщений содержит последовательно включенные приемную антенну 48, усилитель 49 высокой частоты, второй вход которого соединен с выходом фильтра 54 нижних частот, узкополосный фильтр 53, первый перемножитель 51, второй вход которого соединен с выходом усилителя 49 высокой частоты, фильтр 54 нижних частот и блок 55 регистрации. Перемножители 51 и 52, узкополосный фильтр 53 и фильтр 54 нижних частот образуют демодулятор 50 ФМН-сигналов.
Радиопеленгатор 23 (24) содержит последовательно включенные задающий генератор 56, усилитель 57 мощности, дуплексер 58, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной 59, первый усилитель 61 высокой частоты, первый удвоитель 63 фазы, первый делитель 65 фазы на два, первый узкополосный фильтр 67, фазометр 69 и блок 71 регистрации, последовательно включенные приемную антенну 60, второй усилитель 62 высокой частоты, второй удвоитель 64 фазы, второй делитель 66 фазы на два и второй узкополосный фильтр 68, выход которого соединен со вторым входом фазометра 69, второй вход блока 71 регистрации через фазовый детектор 70 соединен с выходом первого усилителя 61 высокой частоты и со вторым выходом задающего генератора 56.
Радиосигнальный модуль 1 (фиг.2) располагается на его владельце, на корпусе модуля установлены одна или несколько кнопок 7, 8, 9, являющихся элементами управления передачей радиосигнала. Например, кнопка 7 предназначена для передачи сигнала об опасности нападения или уже случившемся нападении, кнопка 8 - о пожаре, а кнопка 9 - о какой-либо чрезвычайной ситуации, например о попадании владельца модуля 1 в критическое положение, когда пострадавшему требуется экстренная помощь. Кроме сигналов о конкретной помощи в модуле 1 установлен пассивный источник 10 сигнала, несущий информацию о данных владельца модуля 1, выполненный, например, на базе микрочипа, приводимого в активное состояние после его включения за счет энергии облучения при пеленгации. Включение источника 10 может осуществляться при нажатии как одной из кнопок 7-9, так и собственной кнопки 11.
Сигналы с модуля 1 принимаются, обрабатываются определенным образом и подлежат передаче для определения местоположения источника сигнала и его владельца. Для реализации таких возможностей система содержит устройства 2 приема сигнала, формирования и передачи сообщения, расположенные на промежуточных пунктах 3, например жилых или административных зданиях 4, телефонах-автоматах 5 или вышках 6, имеющих телефонные линии 7 и распределенных на контролируемой территории преимущественно и по возможности равномерно.
Сообщение включает в себя информацию о виде требуемой помощи и о расположении того или иного промежуточного пункта, на котором находится то устройство 2, на которое поступил сигнал того или иного вида модуля 1.
Кроме сигнала о конкретном виде опасности с модуля 1 одновременно с подачей этого сигнала или отдельно от него возможна подача дополнительного сигнала об индивидуальных данных владельца модуля 1, например его имени и фамилии, возраста, группы крови, а также места жительства и т.п. Подготовка к подаче такого сигнала может осуществляться одновременно с нажатием одной из кнопок 7-9 или с помощью отдельной кнопки 11. Сигнал этого вида позволяет более точно определить местоположение владельца модуля 1. Это достигается за счет наличия в схеме модуля 1 источника 10 пассивного излучения - микрочипа, который становится источником излучения после его включения и облучения в дальнейшем от пеленгатора 23 (24), или располагаемого на транспортном средстве 22, направляемом к месту, в котором располагается источник сигнала о помощи, и/или находящегося у сотрудников команды спасения, работающих в зоне источника основного сигнала о помощи. На модуле 1 выполнена встроенная или выносная антенна 12. Модуль 1 может переноситься в кармане при необходимости и скрытно или закрепляться на руке.
Промежуточные пункты 3 могут располагаться как на специально организованных устройствах, например вышках 6, которые целесообразно устанавливать в местах, более удаленных от жилых районов, например в парках, зонах отдыха и т.п., так и в телефонах-автоматах 5, а также в жилых или административных зданиях 4, имеющих телефонные аппараты 18 местной телефонной сети 17, к которой подключены устройства 2 приема, преобразования и передачи сообщения.
Промежуточные пункты 3, имеющие устройства 2, подключенные непосредственно к телефонным линиям 17 или к телефонным аппаратам 18, распределены по контролируемой территории по возможности наиболее равномерно. Расстояние между промежуточными пунктами 3 с устройствами 2 в городских условиях выбирается равным около 900 м. При таком распределении обеспечивается уверенный прием сигнала от модуля 1 на ближайших к нему промежуточных пунктах и наиболее точное определение местоположения источника сигнала. В сельской местности расстояние между промежуточными пунктами 3 может быть равным нескольким километрам.
В системе также предусмотрены средства пеленгации, обеспечивающие непосредственно в зоне нахождения владельца персонального модуля 1, подавшего сигнал о помощи, прием этого сигнала и определение местоположения источника сигнала с высокой точностью, а также сигнала, несущего информацию об индивидуальных данных владельца модуля 1. Пеленгация особенно важна и эффективна при оказании помощи в условиях чрезвычайных ситуаций, например, когда нуждающийся в помощи человек оказался вне зоны видимости, например в завале зданий и различных строительных конструкций, в густой растительности.
На пункте 19 контроля и приема сообщения находится телефонный пульт 20 для приема речевых сообщений, а также дисплей 21 для отображения цифровой или иной кодовой информации, предусмотрен определитель номера абонента, с которого поступило сообщение. Далее производится анализ ситуации, определение местоположения источника сигнала и принятие решения, например команда на отправку к месту нападения или аварии транспортного средства 22.
Предлагаемый способ реализуется, а система функционирует следующим образом.
Владелец модуля 1 при возникновении какой-либо опасности, например при необходимости оказания помощи от правоохранительных органов, нажимает на соответствующую кнопку, в данном случае на кнопку 7 (фиг.2, 3).
1
В этом случае модулирующий код M(t), содержащий сведения о нападении и идентификационный номер владельца модуля 1, через замкнутую кнопку 7 и логический элемент ИЛИ 27 поступает на первый вход фазового манипулятора 28, на второй вход которого подается гармоническое колебание с выхода задающего генератора 25
1
1
1
1
1
u(t)=U·cos(wt+φ), 0≤t≤T.
На выходе фазового манипулятора 28 формируется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМН)
2
1
1
к1
1
1
u(t)=U·cos[wt+φ(t)+φ], 0≤t≤T,
к1
1
к1
э
э
э
1
где φ(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t), причем φ(t) = const при Кτ<t<(к+1)τ и может изменяться скачком при t=Кτ, т.е. на границах между элементарными посылками (К=1, 2, …, N-1);
э
1
1
1
э
1
τ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью T (T=τ·N),
1
который после усиления в усилителе 29 мощности излучается антенной 12 в эфир на частоте w, улавливается приемопередающей антенной 36 устройства 2 приема-передачи, расположенного на ближайших промежуточных пунктах 3, и через дуплексер 37 и усилитель 38 мощности поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 40. На второй (опорный) вход фазового детектора 40 в качестве опорного напряжения подается гармоническое колебание с выхода опорного генератора 39
3
3
1
1
0
u(t)=U·cos(wt+φ), 0≤t≤T.
На выходе фазового детектора 40 образуется низкочастотное напряжение
н1
н1
к1
1
u(t)=U·cosφ(t), 0≤t≤T,
н1
1
0
где U=1/2U·U;
1
пропорциональное модулирующему коду M(t).
з
1
1
Это напряжение поступает на линию 41 задержки, где задерживается на время τ, равное длительности τ модулирующего кода M(t), и поступает на первый вход сумматора 43.
2
2
2
Σ
1
2
1
2
Σ
На второй вход последнего подается код М(t) промежуточного объекта 3, на котором находится устройство 2 приема радиосигналов и формирования сообщения, с выхода генератора 42 псевдослучайной последовательности (ПСП) длительностью τ. Модулирующий код M(t) является идентификационным номером промежуточного пункта 3. На выходе сумматора 43 образуется суммарный модулирующий код M(t)=M(t)+M(t) длительностью τ=τ+τ. Модулирующий суммарный код M(t) с выхода сумматора 43 поступает на первый вход фазового манипулятора 46.
3
Высокочастотное колебание U(t) со второго выхода опорного генератора 39 поступает на два входа перемножителя 44, на выходе которого образуется высокочастотное колебание
4
4
2
2
1
u(t)=U·cos(wt+φ), 0≤t≤T,
2
1
2
1
где ; w=2w; φ=2φ.
Это напряжение подается на второй вход фазового манипулятора 46, на выходе которого формируется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМН)
5
4
2
к2
2
1
u(t)=U·cos[wt+φ(t)+φ], 0≤t≤T,
к2
Σ
где φ(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t).
2
Этот сигнал после усиления в усилителе 47 мощности через дуплексер 37 поступает в приемопередающую антенну 36, излучается ею в эфир на частоте w, улавливается приемной антенной 48 пункта 19 контроля и приема сообщений и через усилитель 49 высокой частоты поступает на первые входы перемножителей 51 и 52. На второй вход перемножителя 51 подается опорное напряжение
0
0
2
2
1
u(t)=U·cos(wt+φ), 0≤t≤T,
с выхода узкополосного фильтра 53.
На выходе перемножителя 51 образуется суммарное напряжение
Σ
н2
к2
н2
2
к2
2
u(t)=U·cosφ(t)+U·cos[2wt+φ(t)+2φ],
где ;
из которого фильтром 54 нижних частот выделяется низкочастотное напряжение
н2
н2
к2
1
U(t)=U·cosφ(t), 0≤t≤T,
Σ
пропорциональное модулирующему суммарному коду M(t).
Это напряжение фиксируется блоком 55 регистрации и одновременно подается на второй вход перемножителя 52. На выходе перемножителя 52 образуется гармоническое напряжение
0
5
2
2
5
2
к2
2
5
2
2
0
2
2
u(t)=U·cos(wt+φ)+U·cos[wt+2φ(t)+φ]=2U·cos(wt+φ)=U·cos(wt+φ),
0
5
где ; U=2U;
которое выделяется узкополосным фильтром 53 и подается на второй вход перемножителя 51.
Перемножители 51 и 52, узкополосный фильтр 53 и фильтр 54 нижних частот образуют универсальный демодулятор ФМН-сигналов, который выделяет необходимое опорное напряжение непосредственно из принимаемого ФМН-сигнала и свободен от явления «обратной работы», присущей известным демодуляторам (схемы Пистолькорса А.А., Сифорова В.И., Костаса Д.Ф., Травина Г.А.).
н2
Анализируя низкочастотное напряжение U(t), на пункте 19 определяют месторасположение промежуточных пунктов 3, следовательно, наиболее ближайшее расположение по отношению к ним источника сигнала, и принимают соответствующее решение, например передачу сообщения на расположенное вблизи от источника сигнала специальное транспортное средство 22 с сотрудниками милиции.
Если по прибытии на место не представляется возможным определить местоположение владельца радиомодуля 1, например он оказался в зоне густой растительности, то при подъезде или подходу к месту нахождения источника сигнала включают тот или иной радиопеленгаторы 23 и 24 или оба вместе.
При включении радиопеленгатора 23 (24) задающим генератором 56 формируется высокочастотное колебание
6
6
3
3
6
u(t)=U·cos(wt+φ), 0≤t≤Т,
3
которое после усиления в усилителе 57 мощности поступает через дуплексер 58 в приемопередающую антенну 59 и излучается ею в эфир, улавливается микрополосковой антенной 31 микрочипа 10, настроенной на частоту w, преобразуется встречно-штыревым преобразователем в акустическую волну, которая распространяется по поверхности пьезокристалла 30, отражается от набора отражателей 35 и опять преобразуется в сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМН)
7
7
3
к3
3
6
u(t)=U·cos[wt+φ(t)+φ], 0≤t≤Т,
к3
где φ(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая идентификационный номер владельца модуля 1, определяется топологией встречно-штыревого преобразователя.
7
Сформированный сложный ФМН-сигнал U(t) излучается микрополосковой антенной 31 в эфир, принимается приемопередающей 59 и приемной 60 антеннами
8
8
3
к3
8
u(t)=U·cos[wt+φ(t)+φ],
9
9
3
к3
9
6
u(t)=U·cos[wt+φ(t)+φ], 0≤t≤Т,
выделяется усилителями 61 и 62 высокой частоты и поступает на входы удвоителей 63 и 64 фазы. На выходе последних образуются гармонические напряжения соответственно:
10
10
3
8
u(t)=U·cos(2wt+2φ),
11
11
3
9
6
u(t)=U·cos(2wt+2φ), 0≤t≤Т,
где ; .
к3
c
э
Так как 2φ(t)={0, 2π}, то в указанных гармонических напряжениях манипуляция фазы уже отсутствует, т.е за счет удвоения фазы сложных ФМН-сигналов их спектр сворачивается в N раз. Ширина спектра Δf сложных ФМН-сигналов определяется длительностью τ элементарных посылок
c
э
Δf=1/τ,
2
c
тогда как ширина спектра Δf второй гармоники определяется длительностью Т сигнала
2
с
Δf=1/Т.
c
2
Следовательно, ширина спектра Δf сложных ФМН-сигналов в N раз больше ширины спектра Δf второй гармоники
c
2
Δf/Δf=N.
10
11
Напряжения U(t) и U(t) с выходов удвоителей 63 и 64 фазы поступают на входы делителей 65 и 66 фазы на два, на выходе которых образуются гармонические напряжения:
12
12
3
8
u(t)=U·cos(wt+φ),
13
13
3
9
6
u(t)=U·cos(wt+φ), 0≤t≤Т,
которые выделяются узкополосными фильтрами 67 и 68 соответственно и подаются на два входа фазометра 69. Последний измеряет разность фаз
где d - расстояние между антеннами 59 и 60 (измерительная база);
λ - длина волны;
β - угловая координата (азимут) источника радиоизлучений (микрочипа);
которая фиксируется блоком 71 регистрации.
8
6
Принятый сложный ФМН-сигнал U(t) с выхода усилителя 61 высокой частоты одновременно поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 70, на второй (опорный) вход которого подается высокочастотное колебание U(t) со второго выхода задающего генератора 56. На выходе фазового детектора 70 выделяется низкочастотное напряжение
н3
н3
к3
6
U(t)=U·cosφ(t), 0≤t≤Т,
где
3
пропорциональное модулирующему коду М(t).
Это напряжение фиксируется блоком 71 регистрации.
Следовательно, по данным блока 71 регистрации можно точно определить местоположение радиосигнального модуля 1 и индивидуальные данные владельца радиосигнального модуля 1.
Возможны ситуации, когда после передачи сигнала пользователь модуля 1, давший сигнал, не имеет возможности подтвердить свое сообщение. Абоненты телефонных аппаратов 18, на которых установлены устройства 2 приема-передачи сигнала, получившие информацию о возникновении опасной ситуации для владельца модуля 1, могут визуально оценить ситуацию из окна того или иного здания 4 и предоставить в пункт 19 дополнительную информацию или по запросу из этого пункта. В этом случае пассивный источник 10 сигнала, несущий информацию о данных владельца модуля 1, выполненный на базе встречно-штыревого преобразователя, приводится в активное состояние за счет энергии облучения при пеленгации.
Система состоит из стандартных достаточно простых узлов и элементов, надежных в работе, и позволит при ее реализации обеспечить с высокой степенью контролируемость участков территории населенных пунктов.
Таким образом, предлагаемые технические решения по сравнению с прототипами и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивают повышение точности определения местоположения источника сигнала о помощи при возникновении опасной ситуации. Это достигается использованием встречно-штыревого преобразователя, трех частот и сложных радиосигналов с фазовой манипуляцией.
Указанные сигналы обладают высокой энергетической и структурной скрытностью.
Энергетическая скрытность сложных ФМН-сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени и по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. 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 сложных ФМН-сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемника.
Указанные сигналы открывают новые возможности и в технике передачи сообщений. Они позволяют применять эффективный 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.
Для синхронного детектирования сложных ФМН-сигналов предложен универсальный демодулятор, свободный от явления «обратной работы».
Основное преимущество пассивного источника сигнала на базе встречно-штыревого преобразователя с использованием ПАВ состоит в возможности изготовить микрочип без источника питания с малыми габаритами.