Спутниковая система для определения местоположения судов и самолетов, потерпевших аварию

Спутниковая система для определения местоположения судов и самолетов, потерпевших аварию

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предлагаемая система является модифицированной системой КОСПАС-САРСАТ и предназначена для определения местоположения аварийных радиобуев (АРБ), передающих радиосигналы бедствия на частоте 121,5 МГц и в диапазоне частот 406-406,1 МГц.

Известны следующие спутниковые системы:

- спутниковая система ИНМАРСАТ, предоставляющая для использования в Глобальной морской системе связи различные виды услуг, включая оповещение о бедствии и связь с использованием телефонии, буквопечатания, передачи данных факсимиле;

- спутниковая система связи ИНТЕЛСАТ-VI, состоящая из десяти независимых ретрансляторов - по одному на каждый луч антенны связи;

- система ГЛОМАР - перспективная система спутниковой связи с подвижными объектами в диапазоне частот 1,5-1,6 МГц;

- система ЛОКСТАР, предназначенная для местоопределения подвижных объектов и ретрансляции радиосообщений;

- система глобального автоматического контроля за транспортными средствами при нормальных и экстремальных условиях (патент РФ №2.158.003, G 01 S 7/00, 2000);

- спутниковые системы для определения местоположения судов и самолетов, попавших в аварию (патенты РФ №2.027.195, G 01 S 5/12, 1992; №2.201.601, G 01 S 5/04, 2001; Глобальная морская система связи при бедствии и для обеспечения безопасности. М.: Транспорт, 1989, с.30, рис.12) и другие.

Из известных спутниковых систем в количестве базовой выбрана «Спутниковая система для определения местоположения судов и самолетов, потерпевших аварию» (патент РФ №2.201.601, G 01 S 5/04, 2001), которая является модифицированной системой КОСПАС-САРСАТ. Последняя является совместной международной спутниковой системой поиска и спасения потерпевших бедствий, разработанной и в настоящее время управляемой организациями Канады, Франции, США, России, Австралии и Японии. Система КОСПАС-САРСАТ в период проведения испытаний и практического применения уверенно продемонстрировала возможности использования низкоорбитальных спутников, запущенных на околополярные орбиты, для глобального обнаружения и определения местоположения аварийных радиобуев (АРБ).

Однако в известной системе одно и то же значение первой промежуточной частоты w_up может быть получено в результате приема сигналов на двух частотах w_с и w_з, т.е.

w_up1=w_с-w_Г1 и w_up1=w_Г1-w_з.

Следовательно, если частоту w_с принять за основной канал приема, то, наряду с ним, будет иметь место зеркальный канал приема, частота w_з которого отличается от частоты w_с на 2w_up1 и расположена симметрично (зеркально) относительно частоты w_Г1 первого гетеродина.

Преобразование по зеркальному каналу приема происходит с тем же коэффициентом преобразования К_пр, что и по основному каналу. Поэтому он наиболее существенно влияет на избирательность и помехоустойчивость третьего приемного устройства (фиг.2).

Кроме зеркального существуют и другие дополнительные (комбинационные и интермодуляционные) каналы приема.

В общем виде любой комбинационный канал приема имеет место при выполнении следующего условия

,

где w_ki - частота i-го комбинационного канала приема;

m, n, i - целые положительные числа.

Наиболее вредными комбинационными каналами приема являются каналы, образующиеся при взаимодействии несущей частоты принимаемого сигнала, с гармониками частоты гетеродина малого порядка (второй, третьей и т.д.), так как чувствительность третьего приемного устройства по этим каналам близка к чувствительности основного канала. Так, два комбинационных канала при m=1 и n=2 соответствуют частотам

w_k1=2w_Г1-w_up1 и w_k2=2w_Г1+w_up1.

Если частота помехи близка или равна первой промежуточной частоте (w_П=w_up1), то образуется канал прямого прохождения. Для данной помехи элементы преобразователя частоты выполняют функцию простых передаточных звеньев.

Интермодуляционные каналы проявляются при одновременном появлении в свободном канале сразу двух сигналов, взаимодействующих друг с другом. Природа интермодуляционных помех такова.

Если на вход третьего приемного устройства одновременно попадают два сигнала большой амплитуды с частотами w₁ и w₂ (фиг.3), то образуют на любых нелинейных элементах ряд интермодуляционных частот, определяемых выражением:

mw₁±nw₂=w_mn.

Сумма (разность) коэффициентов m и n называется порядком, т.е. интермодуляционная частота w_mn называется частотой порядка m±n. С повышением порядка амплитуды помех быстро спадают.

Если частота помехи попала в полосу пропускания Δw_П приемного устройства, она принимается на правах полезного сигнала.

Наличие ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному, комбинационным, интермодуляционным каналам и каналу прямого прохождения, приводит к снижению помехоустойчивости и точности пеленгации судов и самолетов, потерпевших аварию.

Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости и точности пеленгации радиобуев, установленных на судах и самолетах, потерпевших аварию, путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам.

Поставленная задача достигается тем, что спутниковая система для определения местоположения судов и самолетов, потерпевших аварию, содержащая на судах и самолетах аварийные радиобуи, на пунктах приема информации последовательно включенные приемное устройство с антенной, первое устройство обработки информации, устройство сопряжения с сетями связи, второй вход которого через второе устройство обработки информации соединен с выходом приемного устройства, устройство контроля и управления и устройство связи поисково-спасательных организаций, на искусственных спутниках Земли последовательно включенные второе приемное устройство с второй антенной, первое запоминающее устройство и передатчик с антенной, второй вход которого соединен с выходом первого приемного устройства с первой антенной, а третий вход - с выходом второго приемного устройства, последовательно включенные третье приемное устройство с третьей, четвертой и пятой антеннами и второе запоминающееустройство, выход которого соединен с четвертым входом передатчика, пятый вход которого соединен с выходом третьего приемного устройства, при этом первая и вторая антенны подключены также и к третьему приемному устройству, для передачи тревожной информации с аварийных радиобуев использованы сложные сигналы с фазовой манипуляцией, третье приемное устройство содержит измерительный и четыре пеленгационных каналов, измерительный канал состоит из первой антенны и последовательно включенных первого смесителя, второй вход которого через первый гетеродин соединен с выходом блока поиска, и первого усилителя первой промежуточной частоты, последовательно включенных удвоителя фазы, второго измерителя ширины спектра, блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого измерителя ширины спектра, порового блока, второй вход которого через линию задержки соединен с его выходом, первого ключа, второго смесителя, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, усилителя второй промежуточной частоты, первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, узкополосного фильтра, второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, фильтра нижних частот и первого сумматора, выход которого является выходом третьего приемного устройства, при этом управляющий вход блока, каждый пеленгационный канал состоит из последовательно включенных антенны, смесителя, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, усилителя первой промежуточной частоты, перемножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя второй промежуточной частоты, узкополосного фильтра и фазового детектора, выход которого соединен с соответствующим входом первого сумматора, при этом вторые входы фазовых детекторов первого и третьего пеленгационных каналов соединены с выходами узкополосных фильтров первого и третьего пеленгационных каналов соответственно, приемные антенны измерительного и пеленгационных каналов размещены в виде симметричного геометрического креста, в пересечении которого помещена приемная антенна измерительного канала, измерительный канал снабжен вторым, третьим, четвертым и пятым сумматорами, четырьмя полосовыми фильтрами, тремя фазоинверторами, двумя фазовращателями на 90°, вторым ключом, третьим перемножителем, вторым усилителем первой промежуточной частоты, третьим смесителем и амплитудным детектором, причем к выходу первой приемной антенны последовательно подключены первый полосовой фильтр, первый фазоинвертор, второй сумматор, второй вход которого соединен с выходом первой приемной антенны, второй полосовой фильтр, второй фазоинвертор, третий сумматор, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора, третий полосовой фильтр, третий фазоинвертор и четвертый сумматор, второй вход которого соединен с выходом третьего сумматора, а выход подключен к первому входу первого смесителя, к второму выходу первого гетеродина, последовательно подключены первый фазовращатель на 90°, третий смеситель, второй вход которого соединен с выходом четвертого сумматора, второй усилитель первой промежуточной частоты, второй фазовращатель на 90°, пятый сумматор, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя первой промежуточной частоты, третий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом четвертого сумматора, четвертый полосовой фильтр, амплитудный детектор и второй ключ, второй вход которого соединен с выходом пятого сумматора, а выход подключен к входам удвоителя фазы, первого измерителя ширины спектра и первого ключа.

Структурная схема спутниковой системы для определения местоположения судов и самолетов, потерпевших аварию, представлена на фиг.1. Частотные диаграммы, поясняющие принцип образования дополнительных каналов приема, изображены на фиг.2 и 3. Структурная схема третьего, второго приемного устройства изображена на фиг.4. Взаимное расположение бортовых приемных антенн показано на фиг.5. Временные диаграммы, поясняющие принцип работы системы, изображены на фиг.6.

Система содержит первый 1 и второй 2 аварийные радиобуи, искусственный спутник Земли (ИСЗ) 3 и пункт 16 приема информации.

Бортовая аппаратура ИСЗ 3 содержит последовательно включенные первую приемную антенну 4, первое приемное устройство 9 и передатчик 14 с антенной 15, последовательно включенные вторую приемную антенну 5, второе приемное устройство 10 и первое запоминающее устройство 12, выход которого соединен с вторым входом передатчика 14, третий вход которого соединен с выходом второго приемного устройства 10, последовательно подключенные к приемным антеннам 4-8 третье приемное устройство 11 и второе запоминающее устройство 13, выход которого соединен с четвертым входом передатчика 14, пятый вход которого соединен с выходом третьего приемного устройства 11.

Пункт 16 приема информации содержит последовательно включенные приемную антенну 17, приемное устройство 18, первое устройство 19 обработки информации, устройство 21 сопряжения с сетями связи, второй вход которого через второе устройство 20 обработки информации соединен с выходом приемного устройства 18, устройство 22 контроля и управления и устройство 23 связи поисково-спасательных организаций.

Третье приемное устройство 11 состоит из измерительного и четырех пеленгационных каналов.

Измерительный канал содержит последовательно включенные первую приемную антенну 4, первый полосовой фильтр 65, первый фазоинвертор 66, второй сумматор 67, второй вход которого соединен с выходом антенны 4, второй полосовой фильтр 68, второй фазоинвертор 69, третий сумматор 70, второй вход которого соединен с выходом второго сумматора 67, третий полосовой фильтр 71, третий фазоинвертор 72 и четвертый сумматор 73, второй вход которого соединен с выходом сумматора 70, первый смеситель 24, второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина 30, и первый усилитель 31 первой промежуточной частоты, последовательно подключенные к второму выходу гетеродина 30 первый фазообразователь 74 на 90°, третий смеситель 75, второй вход которого соединен с выходом сумматора 73, второй усилитель 76 первой промежуточной частоты, второй фазовращатель 77 на 90°, пятый сумматор 78, второй вход которого соединен с выходом усилителя 31 первой промежуточной частоты, третий перемножитель 79, второй вход которого соединен с выходом сумматора 73, четвертый полосовой фильтр 80, амплитудный детектор 81, второй ключ 82, второй вход которого соединен с выходом сумматора 78, удвоитель 37 фазы, второй измеритель 39 ширины спектра, блок 40 сравнения, второй вход которого через первый измеритель 38 ширины спектра соединен с выходом ключа 82, пороговый блок 41, второй вход которого через линию 42 задержки соединен с его выходом, первый ключ 43, второй вход которого соединен с выходом ключа 82, второй смеситель 45, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 44, усилитель 46 второй промежуточной частоты, первый перемножитель 48, второй вход которого соединен с выходом фильтра 51 нижних частот, узкополосный фильтр 50, второй перемножитель 49, второй вход которого соединен с выходом усилителя 46 второй промежуточной частоты, фильтр 51 нижних частот и первый сумматор 64, при этом управляющий вход первого гетеродина 30 через блок 29 поиска соединен с выходом порового блока 41, удвоитель 37 фазы, измерители 38 и 39 ширины спектра, блок 40 сравнения, пороговый блок 41, линия 42 задержки и первый ключ 43 образуют блок 36 обнаружения фазоманипулированного сигнала. Перемножители 48 и 49, узкополосный фильтр 50 и фильтр 51 нижних частот образуют демодулятор 47 фазоманипулированного сигнала.

Каждый пеленгационный канал состоит из последовательно включенных и приемной антенны 5 (6, 7, 8), смесителя 25 (26, 27, 28), второй вход которого соединен с первым выходом первого гетеродина 30, усилителя 32 (33, 34, 35) первой промежуточной частоты, перемножителя 52 (53, 54, 55), второй вход которого соединен с выходом усилителя 46 второй промежуточной частоты, узкополосного фильтра 56 (57, 58, 59) и фазового детектора 60 (61, 62, 63), выход которого соединен с соответствующим входом первого сумматора 64, причем вторые входы фазовых детекторов 60 и 62 первого и третьего пеленгационных каналов соединены с выходом второго гетеродина 44, вторые входы фазовых детекторов 61 и 63 третьего и четвертого пеленгационных каналов соединены с выходами узкополосных фильтров 56 и 58 первого и третьего пеленгационных каналов соответственно.

Подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по Зеркальному каналу на частоте w_з, обеспечивается "внешним кольцом", состоящим из смесителей 24 и 75, гетеродина 30, фазовращателей 74 и 79 на 90°, усилителей 31 и 76 первой промежуточной частоты и сумматора 78 и реализующим фазокомпенсационный метод.

Подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по комбинационным каналам на частотах w_к1 и w_к2, обеспечивается "внутренним кольцом", состоящим из перемножителя 79, полосового фильтра 80, амплитудного детектора 81, ключа 82 и реализующим методом узкополосной фильтрации.

Подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по каналу прямого прохождения на частоте w_up, обеспечивается фильтром-пробкой, состоящим из полосового фильтра 65, фазоинвертора 66, сумматора 67 и реализующий фазокомпенсационный метод.

Подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по интермодуляционным каналам в полосе частот Δw_П1 и Δw_П2, обеспечивается фильтрами-пробками, состоящими из полосовых фильтров 68 и 71, фазоинверторов 69 и 72, сумматоров 70 и 73 и реализующий фазокомпенсационный метод.

Система работает следующим образом.

В состав модифицированной системы (нормальная конфигурация) входят четыре спутника, два из которых представляются и поддерживаются стороной КОМПАС и два - стороной САРСАТ. В настоящее время имеются три типа АРБ: авиационные, морские и переносные (для использования на суше), которые излучают сигналы бедствия, обнаруживаемые и принимаемые спутниками модифицированной системы КАСПАС-САРСАТ с целью последующей ретрансляции на наземные станции - пункты приема информации (ППИ) для обработки и определения местоположения аварийных радиобуев. Зона обслуживания системы в режиме реального масштаба времени определяется количеством и географическим расположением ППИ. Каждый ППИ обслуживает район с радиусом примерно 2500 км. В систему входят 15 ППИ, дислоцированных в семи странах. В России ППИ расположены в Москве, Архангельске, Новосибирске и Владивостоке.

Сообщения о бедствии и координаты аварийного объекта передаются через центр управления системой (ЦУС) либо в национальный спасательно-координационный центр, либо в другой ЦУС или соответствующую поисково-спасательную службу с целью развертывания поисково-спасательной операции.

В составе системы используются АРБ 1, работающие на частоте 121,5 МГЦ - международная авиационная аварийная частота - и в диапазоне частот 406-406,1 МГц, где используются АРБ 2, технически более сложные, чем АРБ 1.

Важной особенностью нового положения АРБ является включение в состав его излучения цифрового сообщения, которое несет информацию о принадлежности АРБ (страна), идентификационном номере судна или самолета и виде бедствия. В состав сообщения АРБ, установленных на судах, может быть также включена информация о местоположении судна, введенная вручную или автоматически от судовых радионавигационных приборов.

Для обнаружения сигналов АРБ и определения их местоположения используются два режима работы: режим приема и передачи информации в реальном масштабе времени и режим приема с запоминанием информации на борту ИСЗ и ее последующей передачи на пункт приема информации при нахождении ИСЗ в зоне радиовидимости ППИ. АРБ 1 могут использоваться только в режиме непосредственной передачи, в то время как АРБ 2 могут использоваться в обоих режимах работы.

Частота настройки приемного устройства 9 равна 121,5 МГц, частота настройки приемных устройств 10 и 11 находится в диапазоне частот 406-406,1 МГц.

Приемные устройства 9 и 10 выполняют следующие функции:

- демодуляцию цифровых сообщений, приемных от АРБ 1 и АРБ 2;

- измерение частоты принятого сигнала;

- привязку меток времени к приведенным измерениям.

Приемное устройство 11 выполняет следующие функции:

- подавление ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам;

- обнаружение и селекцию фазоманипулированных (ФМн) сигналов в заданном диапазоне частот;

- синхронное детектирование ФМн-сигналов;

- точную и однозначную пеленгацию АРБ 2 фазовым методом;

- привязку результатов проведенных измерений к меткам времени.

Для определения координат АРБ 2 в предлагаемой системе используется фазовый метод пеленгации, которому свойственно противоречие между требованиями точности и однозначности определения угловых координат АРБ 2.

С целью устранения этого противоречия в каждой плоскости используются две шкалы отсчета: большая - точная, но неоднозначная и малая - грубая, но однозначная:

.

При этом меньшая измерительная база d образует грубую, но однозначную шкалу пеленгации, а большая измерительная база 2d - тонкую, но неоднозначную шкалу пеленгации.

Просмотр данного диапазона частот Дf и поиск ФМн-сигналов АРБ 2 осуществляется с помощью блока 29 поиска, который периодически с периодом Т_П по пилообразному закону изменяет частоту первого гетеродина 30. В качестве блока 29 поиска может быть использован генератор пилообразного напряжения.

Принимаемые ФМн-сигналы:

u₁(t)=υ_c·cos[(w_с±Δw)t+ϕ_к(t)+ϕ₁],

u₂(t)=υ_c·cos[(w_с±Δw)t+ϕ_к(t)+ϕ₂],

u₃(t)=υ_c·cos[(w_с±Δw)t+ϕ_к(t)+ϕ₃],

u₄(t)=υ_c·cos[(w_с±Δw)t+ϕ_к(t)+ϕ₄],

u₅(t)=υ_c·cos[(w_с±Δw)t+ϕ_к(t)+ϕ₅], 0≤t≤T_c,

где υ_c, w_с, Т_с, ϕ₁-ϕ₅ - амплитуда, несущая частота, длительность и начальные фазы сигналов;

±Δw - нестабильность несущей частоты, обусловленная эффектом Доплера и другими дестабилизирующими факторами;

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

τ_э, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Т_с(Т_с=N·τ_э), с выходов приемных антенн 4-8 непосредственно и через сумматоры 67, 70 и 73, у которых работает только одно плечо, поступают на первые входы смесителей 25-28, 24 и 75, на вторые входы которых подаются напряжения первого гетеродина 30 линейно изменяющейся частоты:

u_Г1(t)=υ_Г1·cos(w_Г1+πγt²+ϕ_Г1),

u_Г1'(t)=υ_Г1·cos(w_Г1+πγt²+ϕ_Г1+90°), 0≤t≤Т_П,

где υ_Г1, w_Г1, ϕ_Г1 - амплитуда, начальная частота и начальная фаза напряжения гетеродина 30;

скорость изменения частоты гетеродина (скорость перестройки):

;

Т_П - период перестройки.

На выходах смесителей 24, 75, 25-28 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 31, 76, 32-35 выделяются напряжения первой промежуточной (разностной) частоты:

u_up1(t)=υ_пр·cos[(w_up1±Δw)t+ϕ_к(t)-πγt²+ϕ_up1],

u_up2(t)=υ_пр·cos[(w_up1±Δw)t+ϕ_к(t)-πγt²+ϕ_up1-90°],

u_up3(t)=υ_пр·cos[(w_up1±Δw)t+ϕ_к(t)-πγt²+ϕ_up2],

u_up4(t)=υ_пр·cos[(w_up1±Δw)t+ϕ_к(t)-πγt²+ϕ_up3],

u_up5(t)=υ_пр·cos[(w_up1±Δw)t+ϕ_к(t)-πγt²+ϕ_up4],

u_up6(t)=υ_пр·cos[(w_up1±Δw)t+ϕ_к(t)-πγt²+ϕ_up5], 0≤t≤T_c,

где υ_пр=К₁·υ_с·υ_Г1;

w_up1=w_c-w_Г1 - первая промежуточная частота;

ϕ_up1=ϕ₁-ϕ_Г1; ϕ_up2=ϕ₂-ϕ_Г1;

ϕ_up3=ϕ₃-ϕ_Г1; ϕ_up4=ϕ₄-ϕ_Г1;

ϕ_up5=ϕ₅-ϕ_Г1;

которые представляют собой сложные сигналы с комбинированной фазовой манипуляцией и линейной частотной модуляцией (ФМн-ЛУМ) на промежуточной частоте.

Напряжения u_up3(t)-u_up6(t) поступают на первые входы перемножителей 52-55.

Напряжение u_up2(t) с выходом усилителя 76 первой промежуточной частоты поступает на вход фазовращателя 77 на 90°, на выходе которого образуется напряжение

u_up7(t)=υ_пр·cos[(w_up1±Δw)t+ϕ_к(t)-πγt²+ϕ_up1+90°-90°]=

υ_пр·cos[(w_up1±Δw)t+ϕ_к(t)-πγt²+ϕ_up1].

Напряжения u_up2(t) и u_up7(t) поступают на два входа сумматора 78, на выходе которого образуется суммарное напряжение

u_Σ1(t)=υ_Σ1·cos[(w_up1±Δw)t+ϕ_к(t)-πγt²+ϕ_up1], 0≤t≤T_c,

где υ_Σ1=2υ_пр,

которое поступает на первый вход перемножителя 79, на второй вход которого подается принимаемый ФМн-сигнал u₁(t) с выхода сумматора 73. На выходе перемножителя 79 образуется гармоническое напряжение

u₆(t)=υ₆·cos(w_Г1t+πγt²+ϕ_Г1], 0≤t≤T_c,

где ;

K₂ - коэффициент передачи перемножителя.

Частота настройки w_Н1 полосового фильтра 65 выбирается равной

.

Частота настройки w_Н2 полосового фильтра 68 выбирается равной

.

Частота настройки w_Н3 полосового фильтра 71 выбирается равной

.

Частота настройки w_Н4 полосового фильтра 80 выбирается равной

w_H4=w_Г1.

Гармоническое напряжение u₆(t) выделяется полосовым фильтром 80, детектируется амплитудным детектором 81 и поступает на управляющий вход ключа 82, открывая его. В исходном состоянии ключи 43 и 82 всегда закрыты. Напряжение u_Σ1(t) с выхода сумматора 78 через открытый ключ 82 поступает на вход обнаружителя 36, состоящего из удвоителя 37 фазы, первого 38 и второго 39 измерителей ширины спектра, блока 40 сравнения, порогового блока 41, линии 42 задержки и ключа 43.

На выходе удвоителя 37 фазы, в качестве которого может быть использован перемножитель, на два входа которого поступает один и тот же сигнал, образуется напряжение

u₇(t)=υ₇·cos[2(w_up1±Δw)t-2πγt²+ϕ_up1], 0≤t≤T_c,

где

Так как 2ϕ_K(t)={0,2π}, то в указанном напряжении манипуляция фазы уже отсутствует.

Ширина спектра Δƒ₂ второй гармоники сигнала определяется длительностью сигнала T_c(Δƒ₂=1/T_c), тогда как ширина спектра ФМн-сигнала определяется длительностью τ_э его элементарных посылок (Δƒ_с=1/τ_э), т.е. ширина спектра второй гармоники сигнала в N раз меньше ширины спектра входного сигнала:

Следовательно, при удвоении фазы ФМн-сигнала его спектр сворачивается в N раз. Это обстоятельство и позволяет обнаружить ФМн-сигнал даже тогда, когда его мощность на входе приемного устройства 11 меньше мощности шумов и помех.

Ширина спектра Δƒ_с входного сигнала измеряется с помощью измерителя 38, а ширина спектра Δƒ₂ второй его гармоники измеряется с помощью измерителя 39. Напряжения υ₁ и υ₂, пропорциональные Δƒ_с и Δƒ₂, с выходов измерителей 38 и 39 ширины спектра сигналов поступают на два входа блока 40 сравнения. Так как υ₁≫υ₂, то на выходе блока 40 сравнения образуется положительное напряжение, которое превышает пороговый уровень υ_пор в пороговом блоке 41. Последний выбирается таким, чтобы его превышали случайные помехи. Пороговый уровень υ_пор превышается только при обнаружении ФМн-сигнала. При превышении порогового напряжения υ_пор в пороговом блоке 41 формируется постоянное напряжение, которое поступает на вход линии 42 задержки, на управляющий вход ключа 43, открывая его, и на управляющий вход блока 29 поиска, переводя его в режим остановки.

С этого момента времени просмотр заданного частотного диапазона Дƒ и поиск ФМн-сигналов прекращается на время обработки обнаруженного ФМн-сигнала, которое определяется временем задержки τ_з линии 42 задержки.

При прекращении перестройки гетеродина 30 усилителями 34, 76, 32-35 выделяются следующие напряжения:

u_up8(t)=υ_пр·cos[(w_up1±Δw)t+ϕ_к(t)+ϕ_up1],

u_up9(t)=υ_пр·cos[(w_up1±Δw)t+ϕ_к(t)+ϕ_up1-90°],

u_up10(t)=υ_пр·cos[(w_up1±Δw)t+ϕ_к(t)+ϕ_up2],

u_up11(t)=υ_пр·cos[(w_up1±Δw)t+ϕ_к(t)+ϕ_up3],

u_up12(t)=υ_пр·cos[(w_up1±Δw)t+ϕ_к(t)+ϕ_up4],

u_up13(t)=υ_пр·cos[(w_up1±Δw)t+ϕ_к(t)+ϕ_up5], 0≤t≤T_c.

На выходе сумматора 78 в этом случае образуется суммарное напряжение

u_Σ2(t)=υ_Σ1·cos[(w_up1±Δw)t+ϕ_к(t)+ϕ_up1], 0≤t≤T_c,

которое через открытый ключ 43 поступает на вход смесителя 45, на второй вход которого поступает напряжение второго гетеродина 44

u_Г2(t)=u_Г2·cos(w_Г2t+ϕ_Г2)

с стабильной частотой w_Г2.

На входе смесителя 45 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 46 выделяется напряжение второй промежуточной частоты (фиг.6, б)

u_up14(t)=υ_пр1·cos[(w_up2±Δw)t+ϕ_к(t)+ϕ_up6], 0≤t≤T_c,

где

w_up2=w_up1-w_Г2 - вторая промежуточная частота;

ϕ_up6=ϕ_up1-ϕ_Г2.

Это напряжение поступает на вход демодулятора 47 ФМн-сигнала, состоящего из первого 48 и второго 49 перемножителей, узкополосного фильтра 50 и фильтра 51 нижних частот.

На второй вход перемножителя 49 подается с выхода узкополосного фильтра 50 опорное напряжение (фиг.6, в)

u₀(t)=υ₀·cos[(w_up2±Δw)t+ϕ_up6].

В результате перемножения образуется результирующее напряжение

u_Σ(t)=υ_Σ·cosϕ_к(t)+υ_Σ·cos[2(w_up2±Δw)t+ϕ_к(t)+2ϕ_up6],

где

Аналог модулирующего кода (фиг.6, г)

u_H(t)=υ_Σ·cosϕ_К(t)

выделяется фильтром 51 нижних частот и поступает на первый вход сумматора 64 и на второй вход перемножителя 48. На выходе последнего образуется гармоническое напряжение

u₀(t)=υ₀·cos[(w_up2±Δw)t+ϕ_up6], 0≤t≤T_c,

где

Описанная выше работа фазового демодулятора 47 соответствует стационарному (устойчивому) режиму работы. Ему предшествует переходной режим работы в момент включения устройства, когда в полосе пропускания узкополосного фильтра 50 появляется гармоническое напряжение u₆(t). Это обусловлено переходными процессами, сопровождающимися появлением большого количества спектральных составляющих, среди которых будет присутствовать и гармоническое колебание с частотой (w_up2±Δw).

Фазовый демодулятор 47 свободен от явления «обратной работы».

Напряжение u_up14(t) с выхода усилителя 46 второй промежуточной частоты одновременно подается на вторые входы перемножителей 52-55 пеленгационных каналов. На выходах перемножителей 52-55 образуются следующие гармонические напряжения:

u₈(t)=υ₈·cos(w_Г2t+ϕ_Г2+Δϕ₁),

u₉(t)=υ₈·cos(w_Г2t+ϕ_Г2-Δϕ₂),

u₁₀(t)=υ₈·cos(w_Г2t+ϕ_Г2+Δϕ₃),

u₁₁(t)=υ₈·cos(w_Г2t+ϕ_Г2-Δϕ₄), 0≤t≤T_c,

где

α, β - угловые координаты АРБ 2 (азимут и угол места),

которые выделяются узкополосными фильтрами 56-59 и поступают на первые входы фазовых детекторов 60-63 соответственно. На вторые входы фазовых детекторов 60 и 62 подается напряжение u_Г2(t) второго гетеродина 44, на вторые входы фазовых детекторов 61 и 63 подаются гармонические напряжения u₈(t) и u₁₀(t) с выходов узкополосных фильтров 60 и 62 соответственно.

Знаки «+» и «-» перед фазовыми сдвигами соответствуют диаметрально противоположным положениям приемных антенн 5 и 6, 7 и 8 относительно приемной антенны 4.

На выходах фазовых детекторах 60-63 образуются постоянные напряжения:

u_H1(α)=υ_H1·cosΔϕ₁,

u_H2(α)=υ_H2·cosΔϕ₅,

u_H3(β)=υ_H1·cosΔϕ₃,

u_H4(β)=υ_H2·cosΔϕ₆,

где

K₃ - коэффициент передачи фазовых детекторов;

которые подаются на соответствующие входы сумматора 64. Выход сумматора 64 является выходом третьего приемного устройства 11.

Зная высоту полета h ИСЗ и измерив с высокой точностью и однозначностью азимут α и угол места β, можно определить местоположение аварийного радиобуя, а следовательно, и судна или самолета, потерпевшего аварию. В аналоге модулирующего кода u_H(t) (фиг.6, г), выделяемого из принимаемого ФМн-сигнала, содержится вся необходимая информация о потерпевшем объекте (тип объекта, класс объекта, страна, авиакомпания, фирма, владелец и т.п.).

Приемные антенны 4-8 размещаются таким образом, что измерительные базы образуют симметрический геометрический крест, в пересечении которого помещается приемная антенна 4 измерительного канала, общая для антенн 5-8 пеленгационных каналов, размещенных в азимутальной и угломестной плоскостях (фиг.5). При этом в каждой плоскости меньшие базы d образуют грубые, но однозначные шкалы пеленгации, а большие базы 2d - точные, но неоднозначные шкалы пеленгации, между которыми выполняется следующее неравенство:

.

Так, предполагается использовать фазовый метод пеленгации аварийных радиобуев с помощью пяти приемных антенн, расположенных в виде симметричного геометрического креста. При этом приемные антенны 4-8 располагаются на специальных панелях, аналогичным солнечным панелям, которые после вывода космического аппарата на орбиту раскрываются и располагаются по направлению к поверхности Земли (фиг.5).

Время задержки τ_з линии 42 задержки выбирается таким, чтобы можно было произвести обработку обнаруженного ФМн-сигнала. По истечении этого времени напряжение с выхода линии 42 задержки поступает на вход сброса порогового блока 41 и сбрасывает его в начальное (нулевое) состояние. При этом блок 29 поиска переводится в режим перестройки, а ключ 43 закрывается, т.е. переводится в исходное состояние.

В случае обнаружения следующего ФМн-сигнала на другой несущей частоте, излучаемого аварийным радиобуем другого объекта, потерпевшего аварию, система работает аналогичным образом.

Вся полученная на борту ИСЗ 3 информация от аварийных радиобуев включается в состав формата цифрового сообщения, передаваемого на ППИ 16. Сформированное цифровое сообщение передается со скоростью 2400 бит/с в реальном масштабе времени после предварительной обработки и одновременно записывается в запоминающие устройства 12 и 13. Передача информации из запоминающих устройств 12 и 13 производится в том же формате и с той же скоростью, что и в реальном масштабе времени, в результате чего ППИ 16 принимает хранящиеся в бортовых запоминающихся устройствах 12 и 13 сообщения АРБ 2, накопленные за время полного витка спутника вокруг Земли.

Если в момент передачи информации из запоминающихся устройств 12 и 13 на вход приемных устройств 10 или 11 спутника поступает сигнал от АРБ 2, то передача прерывается для обработки сигнала, информация о котором после обработки включается в формат сообщения для передачи на ППИ 16.

В сообщение включается соответствующее число в двоичном виде, показывающее вид передачи: реальный масштаб времени или из запоминающих устройств, кроме того, идентифицируется время передачи последнего сообщения из запоминающих устройств.

На вход бортового передатчика 14 подается информация от приемных устройств 9, 10, 11 и запоминающих устройств 12, 13. Мощность излучения передатчика 14 может регулироваться с наземного комплекса управления системой. В передатчике 14 также используется фазовая манипуляция колебания несущей частоты композиционным кодом в каскадах ее формирования (до умножения). Затем колебание переводится на частоту 1544,5 МГц, усиливается до необходимого уровня и излучается антенной 15 в направлении ППИ 16.

На ППИ 16 принятый сигнал с выход