Аварийный радиомаяк космической системы поиска и спасения с цифровым формированием сигнала спутникового канала

Полезная модель относится к области приборостроения, а именно к построению аварийных радиобуев космических систем поиска и спасания, преимущественно системы КОСПАС-САРСАТ. Кроме того, предложенные аварийные радиобуи могут быть использованы в составе любых наземных, воздушных и космических аппаратов, поиск которых необходимо осуществить как глобально по всей территории Земного шара, так и в космическом пространстве на высотах до 400 км. Техническим результатом заявленной полезной модели является повышении точности формирования несущей частоты, фазы и выходной мощности. Аварийный радиомаяк космической системы поиска и спасания с цифровым формированием сигнала спутникового канала содержит радиомодуль, диплексер и передающую антенну. 5 ил.

Полезная модель относится к области приборостроения, а именно к построению аварийных радиомаяков космических систем поиска и спасания, преимущественно, системы КОСПАС-САРСАТ. Кроме того, предложенный аварийный радиомаяк может быть использован в составе любых наземных, воздушных и космических аппаратов, поиск которых необходимо осуществить как глобально по все территории Земного шара, так и в космическом пространстве на высотах до 400 км.

Известны радиомаяки (морские, авиационные и персональные) имеющие в своем составе передатчик спутникового канала (работает на частоте 406 МГц, далее первый передатчик), и передатчик «ближнего привода» поисково-спасательных средств (работает на частоте 121,5 МГц, далее второй передатчик), которые способны принимать данные о местоположении от встроенных внутренних и/или внешних навигационных приемников ГЛОНАСС/GPS при их наличии в составе радиомаяка.

Так же известны радиомаяки специального назначения, осуществляющие кодирование данных и голоса, имеющих в своем составе дополнительные передатчики дециметрового диапазона, а также дополнительный приемник дециметрового диапазона, для наземной связи, например, между пилотом вертолета и командиром взвода на поле боя. Все типы радиобуев могут быть предназначены, как для наземного, морского и самолетного использования.

При работе аварийных радиомаяков первый передатчик, в соответствии с установленными стандартами, формирует фазоманипулированный сигнал, в котором закодировано цифровое сообщение, а второй передатчик - сигнал амплитудной модуляции. В процессе работы аварийного радиобуя осуществляется контроль выходной мощности первого и второго передатчика, опрашивается навигационный приемник для кодирования точных координат в цифровом сообщении первого передатчика.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению (прототипом) является радиомаяк космической системы поиска и спасания, раскрытый из полезной модели RU 53451, который включает радиомодуль, состоящий из первого передатчика - передатчика спутникового канала и второго передатчика - передатчика «ближнего привода», каждый из которых соединен своими выходами через диплексер с передающей антенной и подключен к соединенному с устройством включения блоку автономного питания. Первый передатчик содержит опорный генератор, микроконтроллер, соединенный с опорным генератором и связанный с передатчиком «ближнего привода», петлевой фильтр, синтезатор частоты, объединенный с генератором управляемым напряжением в кольце фазовой автоподстройки частоты, и усилитель мощности.

Техническое решение, известное из патента на полезную модель RU 53451 обладает рядом недостатков.

Существует ограничение в точности формирования номинала несущей частоты первого передатчика (~±300 Гц), что затрудняет обеспечение номинала несущей частоты первого передатчика в ±1000 Гц в течение 10 лет, что актуально при использовании в составе объектов, например, космических аппаратов с длительным сроком активного существования.

Применение в формирователе сигнала первого передатчика синтезатора имеющего дробный коэффициент деления в цепи обратной связи кольца фазовой автоподстройки частоты, приводит к ухудшению спектра выходного сигнала, а именно к наличию в нем частотных составляющих величина которых не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к чистоте спектра для спутниковых радиопередатчиков, в частности системы сбора и передачи данных Роскомгидромета, работающих через европейский геостационарный искусственный спутник Земли EUMETSAT.

Однократная пороговая схема контроля уровня выходной мощности первого и второго передатчика которая или разрешает, или запрещает включение радиомаяка в режим работы «Авария», служит для проверки работоспособности передатчиков при проведении режима встроенного контроля и индикации отказа, например, при недостаточном напряжении батарей аварийного радиобуя. Однократная пороговая схема контроля уровня выходной мощности недостаточна для поддержания уровня сигнала передатчиков в течение всего времени работы при уменьшении емкости и напряжения батарей, особенно при пониженной температуре окружающей среды.

Предложенная полезная модель устранит перечисленные недостатки известной из RU 53451 полезной модели и обеспечит решение ряда проблем возникающих при разработке и производстве и эксплуатации аварийных радиомаяков.

Предложенный аварийный радиомаяк на основе цифрового способа формирования закона фазовой модуляции сигнала первого передатчика в генераторе прямого синтеза частоты под управлением микроконтроллера обеспечит точность установления фазы ±0,0001 рад, а так же точность формирования несущей частоты ±1 Гц на любой литере, выделенной системе КОСПАС-САРСАТ, без замены опорного генератора. Полученная точность формирования несущей частоты обеспечит гарантированную стабильность несущей частоты первого передатчика в полосе ±1000 Гц в течение 10 лет.

Построение формирователя сигнала первого передатчика обеспечит чистоту спектра выходного сигнала лучше минус 55 дБ при отстройке более ±6,5 кГц и лучше минус 60 дБ при отстройке более ±18 кГц. Полученная чистота спектра выходного сигнала обеспечит удовлетворение требований, предъявляемым к чистоте спектра для спутниковых радиопередатчиков, в частности в системе сбора и передачи данных Роскомгидромета, работающих через европейский геостационарный искусственный спутник Земли EUMETSAT.

Непрерывный контроль уровня выходной мощности первого и второго передатчика обеспечит постоянный уровень выходной мощности во всех температурных режимах работы радиомаяка, а так же при падении напряжения от блока автономного питания в конце срока службы, чем обеспечит надежное функционирование аварийного радиомаяка при поиске возвратных модулей космических аппаратов во время спуска и посадки в атмосфере Земли, осуществляющих возврат грунта или людей с иных объектов Солнечной системы.

Техническим результатом заявленной полезной модели является повышение точности формирования несущей частоты, фазы и выходной мощности.

Технический результат достигается тем, что аварийный радиомаяк космической системы поиска и спасания с цифровым формированием сигнала спутникового канала включает последовательно соединенные радиомодуль, диплексер и передающую антенну, первый и второй входы диплексера подключены к первому и второму выходам радиомодуля соответственно, а выход диплексера соединен с передающей антенной, причем радиомодуль содержит первый передатчик, первый выход которого соединен с первым входом диплексера, и второй передатчик первый и второй входы которого соединены со вторым и третьим выходом первого передатчика соответственно, выход второго передатчика соединен со вторым входом диплексера, вход блока автономного питания радиомодуля подключен к выходу устройства включения радиомодуля, а выход блока автономного питания подключен к входу первого передатчика, причем первый передатчик содержит первый опорный генератор, генератор прямого синтеза частоты, фильтр нижних частот, синтезатор на основе фазовой автоподстройки частоты с генератором управляемым напряжением, усилитель мощности, преобразователь питания, вход которого является входом первого передатчика, микроконтроллер, и датчик мощности, причем первый выход преобразователя питания подключен к первому входу датчика мощности, второй выход преобразователя питания подключен к первому входу микроконтроллера, третий выход преобразователя питания подключен ко входу первого опорного генератора, первый выход которого соединен со вторым входом микроконтроллера, четвертый выход преобразователя питания соединен с первым входом генератора прямого синтеза частоты, второй вход которого соединен с вторым выходом первого опорного генератора, третий вход генератора прямого синтеза частоты подключен к первому выходу микроконтроллера, второй выход которого соединен с первым входом синтезатора на основе фазовой автоподстройки частоты с генератором управляемым напряжением, второй вход которого подключен к выходу фильтра нижних частот, вход которого соединен с выходом генератора прямого синтеза частоты, пятый выход преобразователя питания подключен к третьему входу синтезатора на основе фазовой автоподстройки частоты с генератором управляемым напряжением, выход которого соединен с первым входом усилителя мощности, второй вход которого подключен к шестому выходу преобразователя питания, седьмой выход преобразователя питания соединен соответственно с первыми входами модулятора и усилителя мощности, входящих в состав второго передатчика, первый выход усилителя мощности первого передатчика соединен со вторым входом датчика мощности, выход которого соединен с третьим входом микроконтроллера, причем третий выход микроконтроллера соединен со вторым входом модулятора второго передатчика, а второй выход усилителя мощности первого передатчика соединен с первым входом диплексера, выход второго опорного генератор второго передатчика соединен к третьему входу модулятора, выход которого соединен со вторым входом усилителя мощности второго передатчика, выход которого является выходом второго передатчика.

Признаки и сущность настоящей полезной модели поясняются в последующем детальном описании, иллюстрируемом чертежами, где показано следующее:

Фиг.1 - структурная схема радиомаяка;

Фиг.2 - структурная схема радиомодуля радиомаяка;

Фиг.3 - структурная схема первого передатчика;

Фиг.4 - структурная схема второго передатчика;

Фиг.5 - блок-схема программы микроконтроллера.

Аварийный радиомаяк космических систем, преимущественно системы поиска и спасания КОСПАС-САРСАТ (см. фиг.1) содержит последовательно соединенные радиомодуль 1, диплексер 2 и передающую антенну 3.

Радиомодуль 1 (см. фиг.2) включает первый передатчик 4 (несущая частота 406 МГц) и второй передатчик 7 (несущая частота 121,5 МГц). Передатчики 4 и 7 соединены с блоком автономного питания 6 и подключены к устройству включения 5.

Первый передатчик 4 (см. фиг.3) включает в себя первый опорный генератор 9, генератор прямого синтеза частоты 10, микроконтроллер 14, фильтр нижних частот 11, синтезатор на основе фазовой автоподстройки частоты с генератором управляемым напряжением 12, усилитель мощности 13, и датчик мощности 15. Генератор прямого синтеза частоты 10 и синтезатор на основе фазовой автоподстройки частоты с генератором управляемым напряжением 12, выполнены в виде отдельных микросхем. Первый опорный генератор 9, генератор прямого синтеза частоты 10, микроконтроллер 14 с программным обеспечением, фильтр низких частот 11, синтезаторов основе фазовой автоподстройки частоты с генератором управляемым напряжением 12, усилитель мощности 13, и датчик мощности 15 через преобразователь питания 8 подключены к блоку автономного питания 6.

Второй передатчик 7 (см. фиг.4) включает в себя второй опорный генератор 16, модулятор 17 и усилитель мощности 18. Модулятор 17 и усилитель мощности 18 через преобразователь питания 8 подключены к блоку автономного питания 6. Выход модулятора 17 через усилитель мощности 18 соединен со вторым входом диплексера 2.

При работе аварийного радиобуя сигналы первого передатчика 4 и второго передатчика 7 поступают на диплексер 2 и далее в антенну 3. При подаче сигнала на устройство включения 5, сигнал с блока автономного питания 6 поступает на преобразователь питания 8, который вырабатывает необходимые значения питающих напряжений для первого передатчика 4 и второго передатчика 7. При поступлении электропитания на микроконтроллер 14 он вырабатывает коды для установления несущей частоты и фазы сигнала генератором 10 прямого синтеза частоты в формате параллельного программного интерфейса управления и коды для установления уровня сигнала синтезатора на основе фазовой автоподстройки частоты с генератором управляемым напряжением 12 в формате последовательного программного интерфейса.

Микроконтроллер по заложенной программе формирует:

- последовательность пачек импульсов КМОП уровня, изменяющихся по частоте от 600 Гц до 1500 Гц, с периодом от 2 до 4 Гц, которая является модулирующем сигналом второго передатчика,

- по параллельному программному интерфейсу (14-ти разрядному, каждые 8 разрядов данных имеют свой уникальный 6-ти разрядный адрес который передается одновременно с данными) коды данных: частоты (48 разрядов) и фазы (14 разрядов), которые поступают на генератор прямого синтеза частоты,

- по последовательному программному интерфейсу выставляются коэффициенты умножения частоты и фазы и код уровня выходного сигнала (3 группы по 24 бита), которые поступают на синтезатор на основе фазовой автоподстройки частоты с генератором управляемым напряжением.

Фазовая модуляция сигнала первого передатчика осуществляется программой заложенной в микроконтроллере. В частности, при формировании сигнала аварийного радиобуя системы КОСПАС-САРСАТ изменение фазы от плюс 1,1/n до минус 1,1/n рад (от минус 1,1/n до плюс 1,1/n рад, от 0 до плюс 1,1/n рад, от плюс 1,1/n до 0 рад, от минус 1,1/n до 0 рад) может быть задано 25-ю значениями, рассчитанными по закону Гаусса, где: n - коэффициент умножения фазы синтезатором на основе фазовой автоподстройки частоты с генератором управляемым напряжением (например, n=40). Микроконтроллер работает от тактовой частоты опорного генератора первого передатчика, поэтому обеспечивается высокая стабильность модуляционной характеристики.

Таким образом, в результате использования предложенного технического решения будет обеспечен цифровой способ формирования фазы и несущей частоты первого передатчика 4 на любой литере несущей частоты выделенной системе КОСПАС-САРСАТ с высокой точностью формирования, гарантированная стабильность литеры несущей частоты первого передатчика и постоянный уровень выходной мощности во всех температурных режимах работы радиобуя.

Промышленная применимость. Полезная модель может быть применено в области приборостроения, а именно к построению аварийных радиомаяков космических систем поиска и спасания, преимущественно системы КОСПАС-САРСАТ. Кроме того, предложенный аварийный радиомаяк может быть использован в составе любых наземных, воздушных и космических аппаратов, поиск которых необходимо осуществить как глобально по все территории Земного шара, так и в космическом пространстве на высотах до 400 км.

Проведенный анализ позволил установить: аналоги с совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленной полезной модели, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного радиомаяка условию патентоспособности «новизна».

Аварийный радиомаяк космической системы поиска и спасания с цифровым формированием сигнала спутникового канала, включающий радиомодуль, диплексер и передающую антенну, отличающийся тем, что первый и второй входы диплексера подключены к первому и второму выходам радиомодуля соответственно, а выход диплексера соединен с передающей антенной, причем радиомодуль содержит первый передатчик, первый выход которого соединен с первым входом диплексера, и второй передатчик, первый и второй входы которого соединены со вторым и третьим выходом первого передатчика соответственно, выход второго передатчика соединен со вторым входом диплексера, вход блока автономного питания радиомодуля подключен к выходу устройства включения радиомодуля, а выход блока автономного питания подключен к входу первого передатчика, причем первый передатчик содержит первый опорный генератор, генератор прямого синтеза частоты, фильтр нижних частот, синтезатор на основе фазовой автоподстройки частоты с генератором управляемым напряжением, усилитель мощности, преобразователь питания, вход которого является входом первого передатчика, микроконтроллер, и датчик мощности, причем первый выход преобразователя питания подключен к первому входу датчика мощности, второй выход преобразователя питания подключен к первому входу микроконтроллера, третий выход преобразователя питания подключен к входу первого опорного генератора, первый выход которого соединен со вторым входом микроконтроллера, четвертый выход преобразователя питания соединен с первым входом генератора прямого синтеза частоты, второй вход которого соединен с вторым выходом первого опорного генератора, третий вход генератора прямого синтеза частоты подключен к первому выходу микроконтроллера, второй выход которого соединен с первым входом синтезатора на основе фазовой автоподстройки частоты с генератором управляемым напряжением, второй вход которого подключен к выходу фильтра нижних частот, вход которого соединен с выходом генератора прямого синтеза частоты, пятый выход преобразователя питания подключен к третьему входу синтезатора на основе фазовой автоподстройки частоты с генератором управляемым напряжением, выход которого соединен с первым входом усилителя мощности, второй вход которого подключен к шестому выходу преобразователя питания, седьмой выход преобразователя питания соединен соответственно с первыми входами модулятора и усилителя мощности, входящих в состав второго передатчика, первый выход усилителя мощности первого передатчика соединен со вторым входом датчика мощности, выход которого соединен с третьим входом микроконтроллера, причем третий выход микроконтроллера соединен со вторым входом модулятора второго передатчика, а второй выход усилителя мощности первого передатчика соединен с первым входом диплексера, выход второго опорного генератор второго передатчика соединен к третьему входу модулятора, выход которого соединен со вторым входом усилителя мощности второго передатчика, выход которого является выходом второго передатчика.