система для обнаружения и определения местоположения человека, терпящего бедствие на воде

Формула изобретения

Система для обнаружения и определения местоположения человека, терпящего бедствие на воде, включающая спасательный жилет, надетый на человека и содержащий два источника света, один из которых расположен в грудной области спасательного жилета, а другой - в заспинной его области, два миниатюрных передатчика с передающими антеннами, 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 и передатчики через размыкатели соединены с источником тока параллельно, и аппаратуру, установленную на борту вертолета и состоящую из одного измерительного и двух пеленгационных каналов, при этом измерительный канал состоит из последовательно включенных приемной антенны, четвертого узкополосного фильтра, первого фазоинвертора, первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом приемной антенны, первого полосового фильтра, второго фазоинвертора, второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, второго полосового фильтра, третьего фазоинвертора, третьего сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, первого смесителя, второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина, первого усилителя первой промежуточной частоты, четвертого сумматора, четвертого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом третьего сумматора, пятого узкополосного фильтра, первого амплитудного детектора, первого ключа, второй вход которого соединен с выходом четвертого сумматора, четвертого смесителя, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, и первого усилителя второй промежуточной частоты, при этом ко второму выходу первого гетеродина последовательно подключены первый фазовращатель на 90°, пятый смеситель, второй вход которого соединен с выходом третьего сумматора, четвертый усилитель первой промежуточной частоты и второй фазовращатель на 90°, выход которого соединен с вторым входом четвертого сумматора, каждый пеленгационный канал состоит из последовательно включенных приемной антенны, смесителя, второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина, усилителя первой промежуточной частоты, перемножителя и узкополосного фильтра, при этом к выходу первого узкополосного фильтра последовательно подключены третий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго узкополосного фильтра, третий узкополосный фильтр и первый фазометр, к выходу второго узкополосного фильтра последовательно подключены линия задержки, фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом второго узкополосного фильтра, и второй фазометр, вторые входы фазометров соединены с выходом опорного генератора, к выходу третьего узкополосного фильтра последовательно подключены первый измеритель частоты, арифметический блок и первый блок регистрации, приемная антенна измерительного канала размещена над втулкой винта вертолета, приемные антенны пеленгационных каналов размещены на концах лопастей несущего винта вертолета, двигатель кинематически связан с винтом вертолета и опорным генератором, к выходу первого усилителя второй промежуточной частоты последовательно подключены пятый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого фильтра нижних частот, шестой узкополосный фильтр, шестой перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя второй промежуточной частоты, и первый фильтр нижних частот, выход которого соединен со вторым входом первого блока регистрации, к выходу приемной антенны измерительного канала последовательно подключены шестой смеситель, второй вход которого соединен с первым выходом первого блока эталонных частот, пятый усилитель первой промежуточной частоты, седьмой смеситель, второй вход которого соединен со вторым выходом первого блока эталонных частот, седьмой узкополосный фильтр и второй измеритель частоты, выход которого соединен с третьим входом первого блока регистрации, к выходу усилителя первой промежуточной частоты первого пеленгационного канала последовательно подключены седьмой перемножитель, второй вход которого соединен с выходом усилителя первой промежуточной частоты измерительного канала, восьмой узкополосный фильтр и третий измеритель частоты, выход которого соединен с четвертым входом первого блока регистрации, каждый передатчик, установленный в спасательном жилете, содержит последовательно включенные задающий генератор, фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с выходом генератора модулирующего кода, и усилитель мощности, отличающаяся тем, что она снабжена фазовращателем на -90°, пятым сумматором, восьмым, девятым, десятым и одиннадцатым перемножителями, девятым, десятым, одиннадцатым и двенадцатым узкополосными фильтрами, вторым амплитудным детектором, вторым ключом, восьмым, девятым и десятым смесителями, вторым усилителем второй промежуточной частоты, вторым фильтром нижних частот, четвертым и пятым измерителями частоты, вторым блоком эталонных частот, вторым блоком регистрации и логическим элементом ИЛИ, причем к выходу четвертого усилителя первой промежуточной частоты последовательно подключены фазовращатель на -90°, пятый сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя первой промежуточной частоты, восьмой перемножитель, второй вход которого соединен с выходом третьего сумматора, девятый узкополосный фильтр, второй амплитудный детектор, второй ключ, второй вход которого соединен с выходом пятого сумматора, восьмой смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, второй усилитель второй промежуточной частоты, девятый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго фильтра нижних частот, десятый узкополосный фильтр, десятый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя второй промежуточной частоты, второй фильтр нижних частот и второй блок регистрации, второй вход которого соединен с выходом арифметического блока, к выходу приемной антенны измерительного канала последовательно подключены девятый смеситель, второй вход которого соединен с первым выходом второго блока эталонных частот, шестой усилитель первой промежуточной частоты, десятый смеситель, второй вход которого соединен со вторым выходом второго блока эталонных частот, одиннадцатый узкополосный фильтр и четвертый измеритель частоты, выход которого соединен с третьим входом второго блока регистрации, к выходу первого усилителя первой промежуточной частоты измерительного канала последовательно подключены одиннадцатый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя первой промежуточной частоты первого пеленгационного канала, двенадцатый узкополосный фильтр и пятый измеритель частоты, выход которого соединен с четвертым входом второго блока регистрации, выходы первого и второго усилителей второй промежуточной частоты через логический элемент ИЛИ соединены со вторыми входами перемножителей пеленгационных каналов.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемая система относится к спасательным средствам и может быть использована для обнаружения человека, терпящего бедствие на воде, и определения его персональных данных, местоположения и параметров движения.

Известны спасательные системы и устройства (авт. свид. СССР № № 385819, 431063, 637298, 765113, 988655, 1348256, 1505840, 1588636, 1615054, 1643325, 1664653; патенты РФ № № 2000995, 2009956, 2038259, 2051838, 2177437, 2296479, 2254262; патенты США № № 3621501, 4889511; патент Великобритании № 1145951; Дикарев В.И. Безопасность, защита и спасение человека. СПб., 2007, с.113-156 и другие).

Из известных систем и устройств наиболее близкой к предлагаемой является «Система для обнаружения и определения местоположения человека, терпящего бедствие на воде» (патент РФ № 2254262, B63C 9/20, 2004), которая и выбрана в качестве прототипа.

Указанная система использует радиодатчик, которым снабжен человек, терпящий бедствие на воде, и вертолет, на борту которого установлена аппаратура для пеленгации и определения его местоположения. Она позволяет определять персональные данные человека, терпящего бедствие на воде, и параметры его движения. К персональным данным можно отнести следующие: страна, судно, фамилия, имя, отчество, год рождения и другие сведения. Движение человека, терпящего бедствие на воде, обусловлено течением, перемещением человека вплавь, водными и другими подручными средствами.

Известная система обеспечивает подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам.

Однако в ряде случаев подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам, нецелесообразно.

Для расширения в два раза диапазона частотного поиска сигналов, диапазона рабочих частот без расширения диапазона частотной перестройки гетеродина целесообразно ложные сигналы (помехи), принимаемые по зеркальному каналу на частоте w₃, не подавлять, а использовать. Преобразование сигналов по частоте, принимаемых по зеркальному каналу на частоте w₃, происходит с тем же коэффициентом преобразования К_пр, что и по основному каналу на частоте w_c (фиг.7). Поэтому основной и зеркальный каналы являются равнозначными.

Технической задачей изобретения является расширение в два раза диапазона рабочих частот, диапазона частотного поиска сигналов без расширения диапазона частотной перестройки гетеродина путем использования сигналов, принимаемых по зеркальному каналу на частоте w ₃.

Поставленная задача решается тем, что система для обнаружения и определения местоположения человека, терпящего бедствие на воде, включающая, в соответствии с ближайшим аналогом, спасательный жилет, надетый на человека и содержащий два источника света, один из которых расположен в грудной области спасательного жилета, а другой - в заспинной его области, два миниатюрных передатчика с передающими антеннами, 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 и передатчики через размыкатели соединены с источником тока параллельно, и аппаратуру, установленную на борту вертолета и состоящую из одного измерительного и двух пеленгационных каналов, при этом измерительный канал состоит из последовательно включенных приемной антенны, четвертого узкополосного фильтра, первого фазоинвертора, первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом приемной антенны, первого полосового фильтра, второго фазоинвертора, второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, второго полосового фильтра, третьего фазоинвертора, третьего сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, первого смесителя, второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина, первого усилителя первой промежуточной частоты, четвертого сумматора, четвертого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом третьего сумматора, пятого узкополосного фильтра, первого амплитудного детектора, первого ключа, второй вход которого соединен с выходом четвертого сумматора, четвертого смесителя, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, и первого усилителя второй промежуточной частоты, при этом ко второму выходу первого гетеродина последовательно подключены первый фазовращатель на 90°, пятый смеситель, второй вход которого соединен с выходом третьего сумматора, четвертый усилитель первой промежуточной частоты и второй фазовращатель на 90°, выход которого соединен с вторым входом четвертого сумматора, каждый пеленгационный канал состоит из последовательно включенных приемной антенны, смесителя, второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина, усилителя первой промежуточной частоты, перемножителя, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя второй промежуточной частоты, и узкополосого фильтра, при этом к выходу первого узкополосного фильтра последовательно подключены третий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго узкополосного фильтра, третий узкополосный фильтр и первый фазометр, к выходу второго узкополосного фильтра последовательно подключены линия задержки, фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом второго узкополосного фильтра, и второй фазометр, вторые входы фазометров соединены с выходом опорного генератора, к выходу третьего узкополосного фильтра последовательно подключены первый измеритель частоты, арифметический блок и первый блок регистрации, приемная антенна измерительного канала размещена над втулкой винта вертолета, приемные антенны пеленгационных каналов размещены на концах лопастей несущего винта вертолета, двигатель кинематически связан с винтом вертолета и опорным генератором, к выходу первого усилителя второй промежуточной частоты последовательно подключены пятый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого фильтра нижних частот, шестой узкополосный фильтр, шестой перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя второй промежуточной частоты, и первый фильтр нижних частот, выход которого соединен со вторым входом первого блока регистрации, к выходу приемной антенны измерительного канала последовательно подключены шестой смеситель, второй вход которого соединен с первым выходом первого блока эталонных частот, пятый усилитель первой промежуточной частоты, седьмой смеситель, второй вход которого соединен со вторым выходом первого блока эталонных частот, седьмой узкополосный фильтр и второй измеритель частоты, выход которого соединен с третьим входом первого блока регистрации, к выходу усилителя первой промежуточной частоты первого пеленгационного канала последовательно подключены седьмой перемножитель, второй вход которого соединен с выходом усилителя первой промежуточной частоты измерительного канала, восьмой узкополосный фильтр и третий измеритель частоты, выход которого соединен с четвертым входом первого блока регистрации, каждый передатчик, установленный в спасательном жилете, содержит последовательно включенные задающий генератор, фазовый манипулятор, второй вход которого соединен с выходом генератора модулирующего кода, и усилитель мощности, отличается от ближайшего аналога тем, что она снабжена фазовращателем на -90°, пятым сумматором, восьмым, девятым, десятым и одиннадцатым перемножителями, девятым, десятым, одиннадцатым и двенадцатым узкополосными фильтрами, вторым амплитудным детектором, вторым ключом, восьмым, девятым и десятым смесителями, вторым усилителем второй промежуточной частоты, вторым фильтром нижних частот, четвертым и пятым измерителями частоты, вторым блоком эталонных частот, вторым блоком регистрации и логическим элементом ИЛИ, причем к выходу четвертого усилителя первой промежуточной частоты последовательно подключены фазовращатель на -90°, пятый сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя первой промежуточной частоты, восьмой перемножитель, второй вход которого соединен с выходом третьего сумматора, девятый узкополосный фильтр, второй амплитудный детектор, второй ключ, второй вход которого соединен с выходом пятого сумматора, восьмой смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, второй усилитель второй промежуточной частоты, девятый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго фильтра нижних частот, десятый узкополосный фильтр, десятый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя второй промежуточной частоты, второй фильтр нижних частот и второй блок регистрации, второй вход которого соединен с выходом арифметического блока, к выходу приемной антенны измерительного канала последовательно подключены девятый смеситель, второй вход которого соединен с первым выходом второго блока эталонных частот, шестой усилитель первой промежуточной частоты, десятый смеситель, второй вход которого соединен со вторым выходом второго блока эталонных частот, одиннадцатый узкополосный фильтр и четвертый измеритель частоты, выход которого соединен с третьим входом второго блока регистрации, к выходу первого усилителя первой промежуточной частоты измерительного канала последовательно подключены одиннадцатый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя первой промежуточной частоты первого пеленгационного канала, двенадцатый узкополосный фильтр и пятый измеритель частоты, выход которого соединен с четвертым входом второго блока регистрации.

На фиг.1 схематично изображен спасательный жилет с источниками света 1, 2, передатчиками 19, 20 с передающими антеннами 21, 22, надетый на человека; на фиг.2 - то же, разрез. Структурная схема аппаратуры, установленной на борту вертолета, представлена на фиг.3. Структурная схема передатчика представлена на фиг.4. Временные диаграммы, поясняющие работу системы, изображены на фиг.5. Геометрическая схема расположения приемных антенн на вертолете изображена на фиг.6. Частотная диаграмма, поясняющая процесс образования дополнительных (зеркального и комбинационных) каналов приема, представлена на фиг.7. Примеры образования интермодуляционных помех показаны на фиг.8 и 9.

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, 7, мембраны 8, 9 и связанные с ними рычаги 10, 11 с контактами 12, 13, а также герметичную пневмомагистраль 14, связывающую герметичные воздушные полости 15, 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.

Аппаратура, размещаемая на борту вертолета, содержит один измерительный и два пеленгационных канала.

Измерительный канал состоит из последовательно включенных приемной антенны 23, четвертого узкополосного фильтра 51, первого фазоинвертора 52, первого сумматора 53, второй вход которого соединен с выходом приемной антенны 23, первого полосового фильтра 54, второго фазоинвертора 55, второго сумматора 56, второй вход которого соединен с выходом сумматора 53, второго полосового фильтра 57, третьего фазоинвертора 58, третьего сумматора 59, второй вход соединен с выходом сумматора 56, первого смесителя 29, второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина 28, первого усилителя 34 первой промежуточной частоты, четвертого сумматора 64, четвертого перемножителя 65, второй вход которого соединен с выходом сумматора 59, пятого узкополосного фильтра 66, амплитудного детектора 67, ключа 68, второй вход которого соединен с выходом сумматора 64, четвертого смесителя 40, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 39, усилителя 41 второй промежуточной частоты, пятого перемножителя 70, второй вход которого соединен с выходом фильтра 42 нижних частот, шестого узкополосного фильтра 71, шестого перемножителя 72, второй вход которого соединен с выходом усилителя 41 второй промежуточной частоты, и фильтра 42 нижних частот, выход которого соединен со вторым входом блока 43 регистрации. К выходу приемной антенны 23 последовательно подключены шестой смеситель 74, второй вход которого соединен с первым выходом блока 73 эталонных частот, пятый усилитель 75 первой промежуточной частоты, седьмой смеситель 76, второй вход которого соединен с вторым выходом блока 73 эталонных частот, седьмой узкополосный фильтр 77 и второй измеритель 78 частоты, выход которого соединен с третьим входом блока 43 регистрации. К выходу усилителя 30 первой промежуточной частоты последовательно подключены седьмой перемножитель 79, второй вход которого соединен с выходом усилителя 34 первой промежуточной частоты, восьмой узкополосный фильтр 80 и третий измеритель 81 частоты, выход которого соединен с четвертым входом блока 43 регистрации.

К выходу четвертого усилителя 62 первой промежуточной частоты последовательно подключены фазовращатель 82 на -90°, пятый сумматор 83, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя 34 первой промежуточной частоты, восьмой перемножитель 84, второй вход которого соединен с выходом третьего сумматора 59, девятый узкополосный фильтр, второй амплитудный детектор 86, второй ключ 87, второй вход которого соединен с выходом пятого сумматора 83, восьмой смеситель 88, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 39, второй усилитель 89 второй промежуточной частоты, девятый перемножитель 90, второй вход которого соединен с выходом второго фильтра 99 нижних частот, десятый узкополосный фильтр, десятый перемножитель 92, второй вход которого соединен с выходом второго усилителя 89 второй промежуточной частоты, второй фильтр 99 нижних частот и второй блок 103 регистрации. К выходу приемной антенны 23 последовательно подключены девятый смеситель 93, второй вход которого соединен с первым выходом второго блока 96 эталонных частот, шестой усилитель 94 первой промежуточной частоты, десятый смеситель 95, второй вход которого соединен со вторым выходом второго блока 96 эталонных частот, одиннадцатый узкополосный фильтр 97 и четвертый измеритель 98 частоты, выход которого соединен со вторым входом второго блока 103 регистрации. К выходу первого усилителя 34 промежуточной частоты последовательно подключены одиннадцатый перемножитель 100, второй вход которого соединен с выходом усилителя 30 промежуточной частоты, двенадцатый узкополосный фильтр 101 и пятый измеритель 102 частоты, выход которого соединен с третьим входом второго блока 103 регистрации, четвертый вход которого соединен с выходом арифметического блока 69. Выходы первого 41 и второго 89 усилителей второй промежуточной частоты через логический элемент ИЛИ 104 соединены со вторыми входами перемножителей 32 и 33.

Каждый пеленгационный канал состоит из последовательно включенных приемной антенны 24 (25), смесителя 26 (27), второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина 28, усилителя 30 (31) первой промежуточной частоты, перемножителя 32 (33), второй вход которого соединен с выходом усилителя 41 второй промежуточной частоты, и узкополосного фильтра 35 (36). К выходу первого узкополосного фильтра 35 последовательно подключены третий перемножитель 37, второй вход которого соединен с выходом второго узкополосного фильтра 36, третий узкополосный фильтр 44 и первый фазометр 46, второй вход которого соединен с выходом опорного генератора 49. К выходу второго узкополосного фильтра 36 последовательно подключены линия 38 задержки, фазовый детектор 45, второй вход которого соединен с выходом узкополосного фильтра 36, и второй фазометр 47, второй вход которого соединен с выходом опорного генератора 49. К выходу узкополосного фильтра 44 последовательно подключены первый измеритель 50 частоты и арифметический блок 69 и блок 43 регистрации.

Приемная антенна 23 измерительного канала размещена над втулкой винта вертолета, приемные антенны 24 и 25 пеленгационных каналов размещены на концах лопастей несущего винта вертолета. Двигатель 48 кинематически связан с винтом вертолета и опорным генератором 49.

Каждый передатчик 19 (20), установленный в спасательном жилете, содержит последовательно включенные задающий генератор 82.1, фазовый манипулятор 83.1, второй вход которого соединен с выходом генератора 84.1 модулирующего кода и усилителя 85.1 мощности.

Система работает следующим образом.

В положении, показанном на фиг.2, давление окружающей среды Р₂ на мембрану 9 больше, чем атмосферное давление P₁ на мембрану 8. Мембрана 9 находится в поджатом, а мембрана 8 - в отжатом состоянии. Соответственно рычаг 11 отжимает контакт 13 от источника 2 света и передатчика 20, 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.

В этом случае задающий генератор 82 формирует гармоническое колебание (фиг.5, а)

U_c(t)=U_c·Cos(w_ct+ _c), 0 t T_c,

где U_c, w _c, _c, T_c - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность гармонического колебания, которое поступает на первый вход фазового манипулятора 83.

На второй вход фазового манипулятора 83 подается модулирующий код M(t) (фиг.5, б), который содержит следующие персональные данные человека, терпящего бедствие на воде: страна, судно, фамилия, имя, отчество, год рождения и другие сведения. На выходе фазового манипулятора 83 формируется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн) (фиг.5, в)

U'_c(t)=U_c ·Cos[w_ct+ _к(t)+ _c], 0 t T_c,

где _к(t)={0, } - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t), причем _к(t)=const при к _э<t<(к+1) _э и может изменяться скачком при t=к _э, т.е. на границах между элементарными посылками (к=1, 2, , N-1);

_э, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью T_с (T_с=N· _э),

который после усиления в усилителе 85 мощности излучается передающей антенной 21 в эфир в качестве сигнала бедствия.

Если человек совершает поворот относительно горизонтальной оси на 180°, то тогда наверху оказывается источник 2 света и передатчик 20 с передающей антенной 22. Давление окружающей среды на мембрану 8 становится больше, чем на мембрану 9, мембрана 8 поджимает рычаг 10, размыкает контакт 12 с источником 1 света и передатчиком 19. Цепь разомкнута, 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 20. 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 обнаружить источник света затруднительно.

Радиоизлучение является всепогодным и обеспечивает передачу сигнала бедствия на большие расстояния. При этом сигнал бедствия (SOS) излучается периодически с определенным периодом T_n и длительностью T_c на определенной частоте w _c, которая отводится специально для передачи сигнала бедствия и не занимается для передачи другой информации.

Приемная аппаратура размещается на борту вертолета. Наличие вращающего винта вертолета может быть использовано для определения направления на источник излучения сигнала бедствия (радиодатчик РД) с помощью устройства, антенны которого расположены на концах лопастей несущего винта.

Принимаемые ФМн-сигналы бедствия:

u₁(t)=U_c·Cos[(w_c± w)t+ _к(t)+ _c]

где ± w - нестабильность несущей частоты сигнала, обусловленная различными дестабилизирующими факторами;

R - радиус окружности, на которой размещены приемные антенны 24 и 25;

=2 R - скорость вращения приемных антенн 24 и 25 вокруг приемной антенны 23 (скорость вращения несущего винта вертолета);

- пеленг (азимут) на источник излучения сигнала бедствия,

с выходов приемных антенн 23-25 поступают на первые входы смесителей 29, 61, 26 и 27, на вторые входы которых подается напряжение гетеродина 28:

u_г1(t)=U _г1·Cos(w_г1t+ _г1),

u'_г1(t)=U _г1·Cos(w_г1t+ _г1+90°).

Причем на первые входы смесителей 29 и 61 принимаемый сигнал поступает через сумматоры 53, 56 и 59, у которых работает только одно плечо. На выходе смесителей образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 34, 62, 30 и 31 выделяются напряжения первой промежуточной частоты:

u_пр1(t)=U_пр1·Cos[(w _пр1± w)t+ _к(t)+ _пр1]

u_пр2(t)=U _пр2·Cos[(w_пр1± w)t+ _к(t)+ _пр1-90°)]

где ;

К₁ - коэффициент передачи смесителей;

w_пp1=w_c-w_г1 - первая промежуточная частота;

_пр1= _с- _г1.

Напряжение u_пp2 (t) с выхода усилителя 62 первой промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 63 на 90°, на выходе которого образуется напряжение

u_пp5(t)=U_пp1·Cos[(w _пp1± w)t+ _к(t)+ _пp1-90°+90°]=

=U _пp1·Cos[(w_пp1± w)t+ _к(t)+ _пp1].

Напряжения u_пp1 (t) и u_пp5(t) поступают на два входа сумматора 64, на выходе которого образуется суммарное напряжение

u ₁(t)=U ₁·Cos[(w_пp1± w)t+ _к(t)+ _пp1], 0 t T_c,

где U ₁=2U_пp1.

Это напряжение подается на первый вход перемножителя 65, на второй вход которого поступает принимаемый сигнал U₁(t) с выхода сумматора 59. На выходе перемножителя 65 образуется гармоническое напряжение:

u₄(t)=U₄·Cos(w_г1 t+ _г1),

где ;

К₂ - коэффициент передачи перемножителя.

Частота настройки w_н1 узкополосного фильтра 51 выбрана равной первой промежуточной частоте w_пp1

w_н1=w_пp1.

Частота настройки w_н2 узкополосного фильтра 66 выбрана равной частоте первого гетеродина 28 (фиг.7)

w _н2=w_г1.

Частота настройки w _н3 и полоса пропускания w_п1 полосового фильтра 54 выбраны равными (фиг.8)

w_п1=w₂-w₁,

где w₁, w₂ - частоты двух возможных мощных сигналов, появление которых в полосе частот w_п1, расположенной «слева» от полосы пропускания w_п приемника, приведет к образованию интермодуляционных помех.

Частота настройки w_н4 и полоса пропускания w_п2 полосового фильтра 57 выбраны равными (фиг.9)

w_п2=w₄-w₃,

где w₃, w₄ - частоты двух возможных мощных сигналов, появление которых в полосе частот w_п2, расположенной «справа» от полосы пропускания w_п приемника, приведет к образованию интермодуляционных помех.

Так как частота настройки w_н2 узкополосного фильтра 66 выбрана равной частоте w_г1 первого гетеродина 28 (w_н2=w_г1), то напряжение u₄(t) выделяется узкополосным фильтром 66, детектируется амплитудным детектором 67 и поступает на управляющий вход ключа 68, открывая его. Ключ 68 в исходном состоянии всегда закрыт. При этом суммарное напряжение u ₁(t) через открытый ключ 68 с выхода сумматора 64 поступает на первый вход смесителя 40, на второй вход которого подается напряжение второго гетеродина 39

u _г2(t)=U_г2·Cos(w_г2t+ _г2).

На выходе смесителя 40 образуется напряжение комбинационных частот.

Усилителем 41 выделяется напряжение второй промежуточной частоты (фиг.5, г)

u_пр6(t)=U_пр6·Cos[(w _пp2± w)t+ _к(t)+ _пp6], 0 t Т_c,

где

w_пp2=w_пp1-w_г2 - вторая промежуточная частота;

_пр6= _пр1- _г2.

которое поступает на первые входы перемножителей 70 и 72. На второй вход перемножителя 72 подается опорное напряжение с выхода узкополосного фильтра 71 (фиг.5, д)

u₀(t)=U₀·Cos[(w _пp2± w)t+ _пр6], 0 t Т_с,

На выходе перемножителя 72 образуется напряжение

u₅(t)=U_н ·Cos _к(t)+U_н·Cos[2(w_пp2 ± w)t+ _к(t)+ _пр6],

где

Фильтром 42 нижних частот выделяется низкочастотное напряжение (фиг.5, е)

u_н(t)=U_н ·Cos _к(t),

которое является аналогом модулирующего кода M(t), фиксируется блоком 43 регистрации и подается на второй вход перемножителя 70. На входе перемножителя 70 образуется напряжение

u₀(t)=U ₅·Cos[(w_пp2± w)t+ _пр6]+U₅·Cos[(w_пp2 ± w)t+2 _к(t)+ _пр6]=

=2U₅·Cos[(w _пp2± w)t+ _пр6]=U₀·Cos[(w_пp2 ± w)t+ _пр6],

где U₀=2U ₅,

которое выделяется узкополосным фильтром 71 и поступает на второй вход перемножителя 72.

Перемножители 70, 72, узкополосный фильтр 71 и фильтр 42 нижних частот образуют демодулятор ФМн-сигналов, который выделяет опорное напряжение, необходимое для синхронного детектирования принимаемого ФМн-сигнала, непосредственно из самого принимаемого ФМн-сигнала. Причем он свободен от явления «обратной работы», присущего известным устройствам формирования опорного напряжения непосредственно из самого принимаемого ФМн-сигнала (схема Пистолькорса А.А., Костоса Д.Ф., Сифорова В.И., Травина Г.А. и др.).

Напряжение u_пp6(t) с выхода усилителя 41 второй промежуточной частоты одновременно подается на вторые входы перемножителей 32 и 33, на первые входы которых поступают напряжения u_пр3 (t) и u_пp4(t) с выходов усилителей 30 и 31 первой промежуточной частоты соответственно. На выходе перемножителей 32 и 33 образуются фазомодулированные (ФМ) напряжения:

где

которые выделяются узкополосными фильтрами 35 и 36 с частотой настройки w_н5=w_г2.

Знаки «+» и «-» перед величиной

соответствуют диаметрально противоположным расположениям антенн 24 и 25 на концах лопастей несущего винта вертолета относительно приемной антенны 23, размещенной над втулкой винта вертолета.

Следовательно, полезная информация о пеленге переносится на стабильную частоту w_г2 второго гетеродина 39. Поэтому нестабильность ± w несущей частоты принимаемых ФМн-сигналов бедствия, вызванная различными дестабилизирующими факторами, не влияет на результат пеленгации, там самым, повышает точность определения местоположения источника радиоизлучений.

Причем величина

входящая в состав указанных колебаний и называемая индексом фазовой модуляции, характеризует максимальное значение отклонения фазы сигналов, принимаемых вращающимися антеннами 24 и 25 относительно фазы сигнала, принимаемого неподвижной антенной 23. Пеленгатор тем чувствительнее к изменению угла , чем больше относительный размер измерительной базы R/ . Однако с ростом R/ уменьшается значение угловой координаты , при которой разность фаз превосходит значение 2 , т.е. наступает неоднозначность отсчета угла .

Следовательно, при R/ >1/2 наступает неоднозначность отсчета угла .

Устранение указанной неоднозначности путем уменьшения соотношения обычно себя не оправдывает, т.к. при этом теряется основное достоинство широкобазовой системы. Кроме того, в диапазоне метровых и особенно дециметровых волн брать малые значения R/ часто не удается из-за конструктивных соображений.

Для повышения точности пеленгации радиодатчика РД в горизонтальной (азимутальной) плоскости приемные антенны 24 и 25 располагаются на концах лопастей несущего винта вертолета. Смешение сигналов от двух диаметрально противоположенных приемных антенн 24 и 25, находящихся на одинаковом расстоянии R от оси вращения несущего винта, вызывает фазовую модуляцию, которая идентична фазовой модуляции, получаемой с помощью одной приемной антенны, вращающейся по кругу, радиус R₁ которого в два раза больше (R₁=2R).

Действительно на выходе перемножителя 37 образуется гармоническое напряжение

u₈(t)=U₈·Cos( - ), 0 t T_c,

где

с индексом фазовой модуляции

R₁=2R

которое выделяется узкополосным фильтром 44 и поступает на первый вход фазометра 46, на второй вход которого подается напряжение опорного генератора 50

u_on(t)=U_on ·Cos t/

Фазометр 46 обеспечивает точное, но неоднозначное измерение угловой координаты .

Для устранения возникающей при этом неоднозначности отсчета угла необходимо уменьшить индекс фазовой модуляции без уменьшения отношения R/ . Это достигается использованием автокоррелятора, состоящего из линии 38 задержки и фазового детектора 45, что эквивалентно уменьшению индекса фазовой модуляции до величины

где d₁=2R.

На выходе автокоррелятора образуется напряжение

U₉(t)=U₈·Cos( - ), 0 t Т_с,

с индексом фазовой модуляции _m2. которое поступает на первый вход фазометра 47, на второй вход которого подается напряжение u_on (t) опорного генератора 50. Фазометр 47 обеспечивает грубое, но однозначное измерение угла .

Значение доплеровского сдвига частоты позволяет определить радиальную скорость и местоположение радиодатчика РД.

Минимальное расстояние R₀ от радиодатчика РД до винта вертолета можно определить из выражения

где F_g(t) - доплеровский сдвиг частоты,

U= R,

- длина волны.

Доплеровский сдвиг частоты измеряется с помощью измерителя 50 частоты, а искомая дальность R₀ определяется в арифметическом блоке 69 и фиксируется в блоке 43 регистрации.

Местоположение радиодатчика РД (человека, терпящего бедствие на воде) определяется по измеренным значениям и R₀.

Для измерения радиальной скорости взаимного перемещения человека, терпящего бедствие на воде, и вертолета используется эффект Доплера. Сущность его заключается в том, что частота f_c принимаемых колебаний отличается от частоты f₀ излучаемых колебаний, если излучатель и приемник перемещаются друг относительно друга. С этой целью принимаемый ФМн-сигнал u₁(t) с выхода приемной антенны 23 поступает на первый вход смесителя 74, на второй вход которого подается напряжение первой эталонной частотой f₁ с первого выхода блока 73 эталонных частот. На выходе смесителя 74 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 75 выделяется напряжение первой промежуточной частоты

f_пp1=f_c-f₁=f₀+F _g-f₁,

где F_g - доплеровский сдвиг частоты, обусловленный взаимным перемещением источника излучения и приемника, которое поступает на первый вход смесителя 76.

На второй вход смесителя 76 подается опорный сигнал, частота которого определяется выражением

f₂=f₀-f₁+F₀,

где F₀ - частота подставки, которая вводится для определения знака доплеровского смещения F_g.

На выходе смесителя 76 формируются колебания следующей частоты:

f_n=f_пp1-f₂=f ₀+F_g-f₁-f₀+f₁ +F₀=F_g+F₀,

которые выделяются узкополосным фильтром 77. Их частота измеряется измерителем 78 частоты и фиксируется блоком 43 регистрации. По величине и знаку доплеровского смещения оценивают величину и направление радиальной скорости источника излучения сигнала. В зависимости от того, f_n>F₀ или f_n<F ₀, определяют знак доплеровского смещения, а следовательно и направление радиальной скорости.

Для измерения уголовной скорости излучателя по азимуту ° напряжения u_пp1(t) и u_пp3(t) с выходов усилителей 34 и 30 первой частоты поступает на два входа перемножителя 79. При этом узкополосный фильтр 80 выделяет гармоническое колебание на частоте, равной разности доплеровских частот в азимутальной плоскости

F_g=F_g1-F_g±F_g (t).

Для измерения угловой скорости источника излучения сигнала кроме разности доплеровских частот необходимо измерять и направляющий косинуса в азимутальной плоскости:

Указанная разность доплеровских частот измеряется измерителем 81 частоты и фиксируется блоком 43 регистрации.

В блоке 43 регистрации можно определить тангенциальную составляющую вектора скорости

,

и модуль вектора скорости излучателя

,

который находится как результат измерения четырех радионавигационных параметров: двух координат , R₀ и двух скоростей .

Если ФМн-сигнал бедствия принимается по зеркальному каналу на частоте w₃ (фиг.7), то усилителями 34, 62, 30 и 31 выделяются следующие напряжения первой промежуточной частоты:

u_up7(t)=U_пр7·Cos[(w _up1± w)t+ _к1(t)+ _up7]

u_up8(t)=U _пр8·Cos[(w_up1± w)t+ _к1(t)+ _up7+90°]

где

w_up1=w_г1-w₃ - первая промежуточная частота;

w_uр7 = _г1- ₃.

Напряжение u_up8 (t) с выхода усилителя 62 первой промежуточной частоты поступает на входы фазовращателя 63 на +90° и фазовращателя 82 на -90°, на выходах которых образуются напряжения:

u_up14(t)=U_пp8·Cos[(w_up1 ± w)t+ _к1(t)+ _up7+90°+90°]=

=-U _пp8·Cos[(w_up1± w)t+ _к1(t)+ _up7],

u_up15(t)=U _пp8·Cos[(w_up1± w)t+ _к1(t)+ _up7+90°-90°]=

=U _пp8·Cos[(w_up1± w)t+ _к1(t)+ _up7].

Напряжения u_up7 (t) и u_up14(t) поступают на два входа сумматора 83, на выходе которого образуется суммарное напряжение

u ₃(t)=U ₃·Cos[(w_up1± w)t+ _к1(t)+ _up7], 0 t Т₃,

где U ₃=2U_пp8.

Это напряжение подается на первый вход перемножителя 84, на второй вход которого поступает ФМн-сигнал, принимаемый по зеркальному каналу на частоте w₃

u₃(t)=U₃·Cos[(w ₃± w)t+ _к1(t)+ ₃], 0 t Т₃.

На выходе перемножителя 84 образуется гармоническое напряжение

u ₁₁(t)=U₁₁·Cos(w_г1t+ _г1),

которое выделяется узкополосным фильтром 85 с частотой настройки w_н2=w_г1, детектируется амплитудным фильтром 86 и поступает на управляющий вход ключа 87, открывая его. Ключ 87 в исходном состоянии всегда закрыт. При этом суммарное напряжение u ₃(t) с выхода сумматора 83 через открытый ключ 87 поступает на первый вход смесителя 88, на второй вход которого подается напряжение второго гетеродина 39

u _г2(t)=U_г2·Cos(w_г2t+ _г2).

На выходе смесителя 88 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 89 выделяется напряжение второй промежуточной частоты

u _up16(t)=U_пp16·Cos[(w_up2± w)t+ _к(t)+ _up16], 0 t Т₃,

где

w_up2=w_up1-w _г2 - вторая промежуточная частота;

_uр16= _uр7- _г2,

которое поступает на первые входы перемножителей 90 и 92. На второй вход перемножителя 92 подается опорное напряжение с выхода узкополосного фильтра 91

u₀₁(t)=U₀₁·Cos[(w _up2± w)t+ _up16], 0 t Т₃,

На выходе перемножителя 92 образуется напряжение

u₁₂(t)=U _н1·Cos _к1(t)+U_н1·Cos[2(w_up2 ± w)t+ _к1(t)+ _uр16],

Фильтром 99 нижних частот выделяется низкочастотное напряжение

U_н1(t)=U_н1·Cos _к1(t),

которое является аналогом модулирующего кода M₁(t), фиксируется блоком 103 регистрации и подается на второй вход перемножителя 90. На выходе перемножителя 90 образуется напряжение

u₀₁(t)=U ₁₂·Cos[(w_up2± w)t+ _uр16]+U₁₂·Cos[(w_up2 ± w)t+2 _к1(t)+ _up16]=

=2U₁₂·Cos[(w _up2± w)t+ _uр16]=U₀₁·Cos[(w_up2 ± w)t+ _uр16],

где

U₀₁=2U₁₂,

которое выделяется узкополосным фильтром 91 и поступает на второй вход перемножителя 92.

Перемножители 90, 92, узкополосный фильтр 91 и фильтр 99 нижних частот образуют демодулятор ФМн-сигналов, принимаемых по зеркальному каналу на частоте w ₃, который выделяет опорное напряжение, необходимое для синхронного детектирования принимаемого ФМн-сигнала, непосредственно из самого принимаемого ФМн-сигнала.

Напряжение u_up16(t) с выхода усилителя 89 второй промежуточной частоты через логический элемент ИЛИ 104 одновременно подается на вторые входы перемножителей 32 и 33, на первые входы которых поступают напряжения u_up9(t) и u_up13(t) с выходов усилителей 30 и 31 первой промежуточной частоты соответственно. На выходе перемножителей 32 и 33 образуются фазомодулированные (ФМ) напряжения:

где

которые выделяются узкополосными фильтрами 35 и 36 с частотой настройки w_н5=w_г2.

В этом случае на выходе перемножителя 37 образуется гармоническое напряжение

u₁₅(t)=U ₁₅·Cos( - ₁), 0 t Т₃,

где

с индексом фазовой модуляции

которое выделяется узкополосным фильтром 44 и поступает на первый вход фазометра 46, на второй вход которого подается напряжение опорного генератора 50

u _on(t)=U_on·Cos t

Фазометр 46 обеспечивает точное, но неоднозначное измерение угловой координаты ₁.

Для устранения возникающей при этом неоднозначности отсчета угла ₁ необходимо уменьшить индекс фазовой модуляции без уменьшения отношения R/ . Это достигается использованием автокоррелятора, состоящего из линии 38 задержки и фазового детектора 45, что эквивалентно уменьшению индекса фазовой модуляции до величины

где d₁=2R.

На выходе автокоррелятора образуется напряжение

u₁₆(t)=U₁₅·Cos( - ₁), 0 t Т₃,

с индексом фазовой модуляции _m3, которое поступает на первый вход фазометра 47, на второй вход которого подается напряжение U_on (t) опорного генератора 50. Фазометр 47 обеспечивает грубое, но однозначное измерение угла ₁.

Измерение радиальной скорости взаимного перемещения человека, терпящего бедствие на воде, и вертолета используются смесители 93 и 95, усилитель 94 первой промежуточной частоты, блок 96 эталонных частот, узкополосный фильтр 97 и измеритель 98 частоты.

Для измерения угловой скорости излучателя по азимуту используются перемножитель 100, узкополосный фильтр 101 и измеритель 102 частоты.

Если ложный сигнал (помеха) принимается по второму комбинационному каналу на частоте w_к2

u_к2(t)=U_к2 ·Cos(w_к2t+ _к2), 0 t Т_к2,

то усилителями 34 и 62 первой промежуточной частоты выделяются напряжения:

u_пp10(t)=U_пp10·Cos(w_пp1 t+ _пр10),

u_пp11(t)=U _пp11·Cos(w_пp1t+ _пp10-90°),

где

w_пp1=w_к2-2w _г1 - промежуточная частота;

_пр10= _к2- _г1.

Напряжение u_пp11 (t) с выхода усилителя 62 первой промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 63 на 90°, на выходе которого образуется напряжение

u_пp12(t)=U_пp10 ·Cos(w_пpt+ _пр10-90°+90°)=U_пp10·Cos(w _npt+ _пp10).

Напряжения u_пp10 (t) и u_пp12(t) поступают на два входа сумматора 64, на выходе которого образуется суммарное напряжение

u ₂(t)=U ₂·Cos(w_пp1t+ _пp1), 0 t Т_к2,

где U ₂=2U_пp10.

Это напряжение подается на первый вход перемножителя 65, на второй вход которого поступает принимаемый сигнал u_к2(t). На выходе перемножителя 65 образуется напряжение

u₁₀(t)=U ₁₀·Cos(w_г1t+ _г1), 0 t Т_к2,

где

которое не попадает в полосу пропускания узкополосного фильтра 66. Ключ 68 не открывается и ложный сигнал (помеха), принимаемый по второму комбинационному каналу на частоте w_к2, подавляется. При этом используется «внутреннее кольцо», состоящее из перемножителя 65, узкополосного фильтра 66, амплитудного детектора 67 и ключа 68 и реализующее метод узкополосной фильтрации.

Если ложный сигнал (помеха) принимается по каналу прямого прохождения на первой промежуточной частоте

u_пp(t)=U_пp·Cos(w _пp1t+ _пр), 0 t Т_пр,

то с выхода приемной антенны 23 он поступает на первый вход сумматора 53, выделяется узкополосным фильтром 51, настроенным на первую промежуточную частоту w _пp1, и инвертируется по фазе на 180° в фазоинверторе 52

u'_пp(t)=-U_пp·Cos(w _пp1t+ _пр), 0 t Т_пр.

Напряжения u_пp (t) и u'_пp(t), поступающие на два входа сумматора 53, на его выходе компенсируются.

Следовательно, ложный сигнал (помеха), принимаемый по каналу прямого прохождения на частоте w_пp1, подавляется фильтром-пробкой, состоящим из узкополосного фильтра 51, фазоинвертора 52 и сумматора 53 и реализующим фазокомпенсационный метод.

Если два мощных сигнала (помехи) на частотах w₁ и w ₂ или несколько мощных сигналов (помех) появляются одновременно в полосе частот w_п1 «слева» от полосы пропускания w_п приемника, способные образовать интермодуляционные помехи, то они поступают на первый вход сумматора 56, выделяются полосовым фильтром 54, инвертируются по фазе на 180° фазоинвертором 55 и компенсируются в сумматоре 56 (фиг.8.).

Следовательно, ложные сигналы (помехи) принимаемые в полосе частот w_п1 и образующие интермодуляционные помехи, подавляются фильтром-пробкой, состоящим из полосового фильтра 54, фазоинвертора 55 и сумматора 56 и реализующим фазокомпенсационный метод.

Если два мощных ложных сигнала (помехи) на частотах w₃ и w₄ или несколько мощных сигналов (помех) появляются одновременно в полосе частот w_п2 «справа» от полосы пропускания w_п приемника, способные образовать интермодуляционные помехи, то они поступают на первый вход сумматора 59, выделяются полосовым фильтром 57, инвертируются по фазе на 180° в фазоинверторе 58 и компенсируются в сумматоре 59 (фиг.9.).

Следовательно, ложные сигналы (помехи), принимаемые в полосе частот w_п2 и образующие интермодуляционные помехи, подавляются фильтром-пробкой, состоящим из полосового фильтра 57, фазоинвертора 58 и сумматора 59 и реализующим фазокомпенсационный метод.

Бортовая аппаратура, устанавливаемая на борту вертолета, инвариантна к виду модуляции и нестабильности несущей частоты ± w принимаемых радиосигналов, т.к. пеленгация источника излучения сигнала бедствия осуществляется на стабильной частоте w_г2 второго гетеродина 39.

Таким образом, предлагаемая система по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает расширение в два раза диапазона рабочих частот, диапазона частотного поиска сигналов без расширения диапазона частотной перестройки гетеродина. Это достигается за счет использования сложных ФМн-сигналов, принимаемых по зеркальному каналу на частоте w₃. Причем преобразование сложных ФМн-сигналов, принимаемых по зеркальному каналу на частоте w₃, происходит с тем же коэффициентом преобразования К_пр, что и по основному каналу приема на частоте w _c.