[go: up one dir, main page]

RU2681671C1 - Computer system for remote control of navigation complexes for arctic automated environmental monitoring - Google Patents

Computer system for remote control of navigation complexes for arctic automated environmental monitoring Download PDF

Info

Publication number
RU2681671C1
RU2681671C1 RU2017137195A RU2017137195A RU2681671C1 RU 2681671 C1 RU2681671 C1 RU 2681671C1 RU 2017137195 A RU2017137195 A RU 2017137195A RU 2017137195 A RU2017137195 A RU 2017137195A RU 2681671 C1 RU2681671 C1 RU 2681671C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency
output
navigation
input
ice
Prior art date
Application number
RU2017137195A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Иванович Дикарев
Андрей Владимирович Гурьянов
Владимир Васильевич Ефимов
Владимир Александрович Мельников
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Авангард"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Авангард" filed Critical Открытое акционерное общество "Авангард"
Priority to RU2017137195A priority Critical patent/RU2681671C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2681671C1 publication Critical patent/RU2681671C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01CMEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

FIELD: monitoring systems.SUBSTANCE: proposed system relates to the field of Arctic automated environmental monitoring, namely, the state of the atmosphere and ice with the simultaneous determination of the coordinates of its own location of the navigation systems and the transmission of the information obtained via radio channels, and can be used as a means of monitoring the environment in the ice movement zone for safely escorting ships along the northern sea route and ensuring the safety of oil and gas facilities and hydrotechnical infrastructure on the shelf and in the coastal zone in the ice-covered seas and in conditions of ice cover, including the drifting ice. Proposed system contains the control room (CR), navigation systems (HKi, i=1,2, … n) and spacecraft (SC) of satellite communication system, transceiver device 1 (1.i), block 21.i coordinates determination by satellite navigation system, block 22.i measuring the thickness of the ice cover, block 23.i measuring the state of the atmosphere, underwater navigation beacon 24.i. Transceiver unit 1 (1.i) contains block 2 (2.i) of control, computer 3 (3.i), master oscillator 4 (4.i), driver 5 (5.i) of the modulating code, phase manipulator 6 (6.i), first local oscillator 7 (7.i), the first mixer 8 (8.i), amplifier 9 (9.i) of the first intermediate frequency, first amplifier 10 (10.i) of power, duplexer 11 (11.i), transceiver antenna 12 (12.i), second power amplifier 13 (13.i), second local oscillator 14 (14.i),second mixer 15 (15.i), amplifier 16 (16.i) of the second intermediate frequency, multiplier 17 (17.i), band-pass filter 18 (18.i) and phase detector 19 (19.i), (i=1,2, …, n).EFFECT: providing opportunities for remote automated monitoring of the environment in large areas in the Arctic and the rapid exchange of information between the dispatch center and navigation systems through full-duplex radio communication using complex signals with phase shift keying, computers and satellite communications systems as repeaters.1 cl, 4 dwg

Description

Предлагаемая система относится к области автоматизированного мониторинга окружающей среды в условиях Арктики, а именно состояния атмосферы и льда с одновременным определением координат собственного местонахождения навигационных комплексов и передачей полученной информации по радиоканалам, и может быть использована в качестве средства мониторинга окружающей среды в зоне движения льда для безопасной проводки судов по северному морскому пути и обеспечения безопасности объектов нефтегазопромысловой и гидротехнической инфраструктуры на шельфе и в прибрежной зоне в ледовитых морях и в условиях ледяного покрова, в том числе и дрейфующего.The proposed system relates to the field of automated environmental monitoring in the Arctic, namely the state of the atmosphere and ice with the simultaneous determination of the coordinates of the navigation system’s own location and the transmission of received information via radio channels, and can be used as a means of environmental monitoring in the ice movement zone for safe pilotage of vessels along the Northern Sea Route and ensuring the safety of oil and gas production and hydrotechnical infrastructure s on the shelf and in the coastal zone in the arctic seas and ice conditions, including drifting.

Известны системы мониторинга состояния льда и окружающей среды (авт. свид. СССР №№1.151.107, 1.341.594, 1.376.769, 1.788.487, 1.840.717; патенты РФ №№2080620, 2137153, 2196347, 2251128, 2486471, 2487365, 2500031; патенты США №№3449950, 4231039, 4527160, 4608568, 6204813; патенты Великобритании №№1494582, 1499388, 2122834; патенты Франции №№2384218, 2592959; патенты Германии №№2800074, 2802918; Ваулин Ю.В. и др. Навигационный комплекс автономного подводного робота и особенности его применения в условиях Арктики. Навигация, управление и связь, 2008, №1(5), с. 24-31 и другие).Known systems for monitoring the state of ice and the environment (ed. Certificate of the USSR No. 1.151.107, 1.341.594, 1.376.769, 1.788.487, 1.840.717; RF patents No. 2080620, 2137153, 2196347, 2251128, 2486471, 2487365, 2500031; US patents Nos. 3449950, 4231039, 4527160, 4608568, 6204813; UK patents Nos. 1494582, 1499388, 2122834; French patents Nos. 2384218, 2592959; German patents Nos. 2800074, 2802918; Vaulin Yu.V. and etc. The navigation complex of an autonomous underwater robot and the features of its application in the Arctic. Navigation, control and communication, 2008, No. 1 (5), pp. 24-31 and others).

Из известных систем наиболее близким к предлагаемой является «Двухсредний исследовательский и навигационный комплекс с системой обеспечения точной навигационной привязки для подводных подвижных технических объектов» (патент РФ №2485447, G01C 21/00. 2011), который и выбран в качестве прототипа.Of the known systems, the closest to the proposed one is the “Two-center research and navigation complex with a system for providing accurate navigation reference for underwater moving technical objects” (RF patent No. 2485447, G01C 21/00. 2011), which is chosen as a prototype.

Недостатком известного технического решения является невозможность удаленного автоматизированного мониторинга окружающей среды на больших территориях в условиях Арктики.A disadvantage of the known technical solution is the impossibility of remote automated environmental monitoring in large areas in the Arctic.

Технической задачей изобретения является обеспечение возможности для удаленного автоматизированного мониторинга окружающей среды на больших территориях в условиях Арктики и оперативного обмена информаций между диспетчерским пунктом и навигационными комплексами путем дуплексной радиосвязи с использованием сложных сигналов с фазовой манипуляцией, компьютеров и космических аппаратов спутниковой системы связи в качестве ретрансляторов.An object of the invention is to provide remote automated monitoring of the environment in large areas in the Arctic and the rapid exchange of information between the control center and navigation systems through duplex radio communications using complex signals with phase shift keying, computers and spacecraft of the satellite communications system as repeaters.

Поставленная задача решается тем, что компьютерная система дистанционного управления навигационными комплексами для автоматизированного мониторинга окружающий среда в условиях Арктики, содержащая, в соответствии с ближайшим аналогом, не менее трех навигационных комплексов, каждый из которых характеризуется наличием надводной и подводной секциями, соединенными кабелем, при этом надводная часть содержит блок управления, блок определения координат по системе спутниковой навигации, блок определения состояния атмосферы, подключенные к приемопередающему устройству, а подводная часть содержит подводный навигационный маяк, управляющие входы блока определения координат по системе спутниковой навигации, блока определения толщины ледового покрова, блока определения состояния атмосферы и подводного навигационного маяка соединены с соответствующими выходами блока управления, отличается от ближайшего аналога тем, что она снабжена приемопередающим устройством, установленным на диспетчерском пункте, и космическими аппаратами спутниковой системы связи, при этом каждое приемопередающее устройство выполнено в виде последовательно подключенных к выходу блока управления компьютера, задающего генератора, фазового манипулятора, второй вход которого через формирователь модулирующего кода соединен с вторым выходом компьютера, первый смеситель, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, усилитель первой промежуточной частоты, первый усилитель мощности, дуплексер, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, второй усилитель мощности, второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, усилитель второй промежуточной частоты, перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, полосовой фильтр и фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, а выход подключен к компьютеру, частоты ωг1 и ωг2 гетеродинов разнесены на значение второй промежуточной частотыThe problem is solved in that a computer-based remote control system for navigation systems for automated monitoring of the environment in the Arctic, containing, in accordance with the closest analogue, at least three navigation systems, each of which is characterized by the presence of surface and underwater sections connected by cable, while the surface part contains a control unit, a unit for determining coordinates by a satellite navigation system, a unit for determining the state of the atmosphere, connected to transceiver, and the underwater part contains an underwater navigation beacon, the control inputs of the coordinate determination unit for the satellite navigation system, the ice cover thickness determination unit, the atmosphere state determination unit and the underwater navigation beacon are connected to the corresponding outputs of the control unit, differs from the closest analogue in that it equipped with a transceiver installed at the control room, and spacecraft satellite communications system, with each pr and the transmitting device is made in the form of a phase manipulator connected in series to the output of the control unit of the computer, the oscillator, the second input of which is connected to the second output of the computer through the generator of the modulating code, the first mixer, the second input of which is connected to the output of the first local oscillator, the amplifier of the first intermediate frequency, the first a power amplifier, a duplexer, the input-output of which is connected to a transceiver antenna, a second power amplifier, a second mixer, the second input of which is connected ene with output of the second local oscillator, the amplifier of the second intermediate frequency multiplier, a second input coupled to an output of the first local oscillator, a bandpass filter and a phase detector, a second input coupled to an output of the second oscillator, and an output connected to the computer, the frequency ω d1 and ω z2 LO spaced by the value of the second intermediate frequency

ωг2г1пр2,w r1 r2 -ω = ω WP2,

приемопередающее устройство диспетчерского пункта излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частотеthe control unit transceiver emits complex signals with phase shift keying at a frequency

ω1пр1г2,ω = ω 1 = ω z2 pr1,

где ωпр1 - первая промежуточная частота, а принимает на частотеwhere ω pr1 - the first intermediate frequency, and takes on the frequency

ω2пр3г1,ω 2 = ω pr3 = ω g1 ,

где ωпр3 - третья промежуточная частота, а приемопередающие устройства навигационных комплексов, наоборот, излучают сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частоте ω2, а принимают - на частоте ω1 космические аппараты спутниковой системы связи ретранслируют сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частотах ω1 и ω2 с сохранением фазовых соотношений.where ω CR3 is the third intermediate frequency, and the transceiver devices of the navigation systems, on the contrary, emit complex signals with phase shift keying at the frequency ω 2 , and receive - at frequency ω 1 the spacecraft of the satellite communication system relay complex signals with phase shift keying at frequencies ω 1 and ω 2 while maintaining phase relationships.

Геометрическая схема расположения диспетчерского пункта (ДП), навигационных комплексов (HKi, i=1, 2, …, n) и космических аппаратов (КА) спутниковой системы связи изображена на фиг. 1. Структурная схема приемопередающего устройства 1, установленного на диспетчерском пункте ДП, представлена на фиг. 2. Структурная схема приемопередающего устройства 1.i, установленного на i-ом навигационном комплексе, представлена на фиг. 3. Частотная диаграмма, иллюстрирующая преобразование сигналов по частоте, изображена на фиг. 4.The geometrical layout of the control center (DP), navigation systems (HKi, i = 1, 2, ..., n) and spacecraft (SC) of the satellite communications system is shown in FIG. 1. The structural diagram of the transceiver 1 installed on the control center DP, shown in Fig. 2. The structural diagram of the transceiver device 1.i installed on the i-th navigation complex is shown in FIG. 3. A frequency diagram illustrating frequency conversion of signals is depicted in FIG. four.

Каждое приемопередающее устройство 1 (1.i) выполнено в виде последовательно включенных блока 2 (2 i) управления, компьютера 3 (3.i), задающего генератора 4 (4.i), фазового манипулятора 6 (6.i), второй вход которого через формирователь 5 (5.i) модулирующего кода соединен с вторым выходом компьютера 3 (3.i), первого смесителя 8 (8.i), второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 7 (7.i), усилителя 9 (9.i) первой промежуточной частоты, первого усилителя 10 (10.i) мощности, дуплексера 11 (11.i), вход-выход которого связан с приемопередающей антенной 12 (12.i), второго усилителя 13 (13.i) мощности, второго смесителя 15 (15.i), второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 14 (14.1), усилителя 16 (16.i) второй промежуточной частоты, перемножителя 17 (17 л), второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 7 (7.i), полосового фильтра 18 (18.i) и фазового детектора 19(19.i), второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 14 (14.i), а выход подключен к второму входу компьютера 3 (3.i).Each transceiver device 1 (1.i) is made in the form of series-connected control unit 2 (2 i), computer 3 (3.i), master oscillator 4 (4.i), phase manipulator 6 (6.i), the second input which through the generator 5 (5.i) of the modulating code is connected to the second output of the computer 3 (3.i), the first mixer 8 (8.i), the second input of which is connected to the output of the first local oscillator 7 (7.i), amplifier 9 ( 9.i) the first intermediate frequency, the first power amplifier 10 (10.i), the duplexer 11 (11.i), the input-output of which is connected to the transceiver antenna 12 (12.i), the second antenna power amplifier 13 (13.i), second mixer 15 (15.i), the second input of which is connected to the output of the second local oscillator 14 (14.1), amplifier 16 (16.i) of the second intermediate frequency, multiplier 17 (17 l), the second the input of which is connected to the output of the first local oscillator 7 (7.i), the bandpass filter 18 (18.i) and the phase detector 19 (19.i), the second input of which is connected to the output of the second local oscillator 14 (14.i), and the output is connected to the second input of computer 3 (3.i).

Блок 2 (2.i) может быть выполнен на базе микропроцессора. Блок 21.i определения координат по системе спутниковой навигации может быть выполнен на базе систем спутниковой навигации GPS и ГЛОНАСС и представляет собой приемник 21.i GPS сигналов с приемной антенной 20.i. Блок 22.i измерения толщины ледового покрова может быть выполнен на базе ультразвукового толщиномера. В качестве блока 23.i измерения состояния атмосферы может быть использован измерительный блок метеозонда.Block 2 (2.i) can be made on the basis of a microprocessor. Block 21.i determine the coordinates of the satellite navigation system can be performed on the basis of satellite navigation systems GPS and GLONASS and is a receiver 21.i GPS signals with a receiving antenna 20.i. The ice cover thickness measuring unit 22.i may be performed on the basis of an ultrasonic thickness gauge. As the unit 23.i measuring the state of the atmosphere can be used in the measuring unit of the weather balloon.

Предпочтительно в составе комплекса используют блок электропитания, выполненный с возможностью подзарядки. В этом случае комплекс дополнительно содержит генератор электрической энергии, подключенный к входу блока электропитания. В качестве указанного генератора может быть использован ветрогенератор или генератор, использующий термопару.Preferably, the complex uses a power supply unit configured to recharge. In this case, the complex further comprises an electric energy generator connected to the input of the power supply unit. As the specified generator, a wind generator or a generator using a thermocouple can be used.

В некоторых вариантах реализации блок 23 л определения состояния атмосферы выполнен с возможностью определения скорости ветра, температуры и влажности воздуха.In some embodiments, a unit 23 l determining the state of the atmosphere is configured to determine wind speed, temperature and humidity.

Штанга, на которой закреплен подводный навигационный маяк 24.i, может быть использован в качестве средства измерения толщины льда. Кроме того, на штанге может быть закреплен один из элементов термопары (второй элемент расположен над поверхностью льда), при этом генерированный термопарой электрический заряд поступает в аккумуляторную батарею. Мачта ветрогенератора может быть дополнительно использована в качестве антенны приемопередающих устройств.The boom on which the underwater navigation beacon 24.i is mounted can be used as a means of measuring ice thickness. In addition, one of the thermocouple elements can be fixed on the rod (the second element is located above the ice surface), while the electric charge generated by the thermocouple enters the battery. The mast of the wind generator can be additionally used as an antenna of transceiver devices.

Каждый используемый комплекс имеет свой индивидуальный код (идентификационный номер - ID), который приведен во всех радиограммах, отправляемых комплексом.Each used complex has its own individual code (identification number - ID), which is given in all radiograms sent by the complex.

Совместное использование, по меньшей мере, трех навигационных комплексов обеспечивает ориентирование в пространстве подводного аппарата любого типа.The joint use of at least three navigation systems provides orientation in the space of an underwater vehicle of any type.

Навигационные комплексы обеспечивают выполнение следующих функций:Navigation systems provide the following functions:

- подача сигналов подводной навигации;- giving signals to underwater navigation;

- прием сигналов от навигационных спутниковых группировок;- reception of signals from navigation satellite constellations;

- параллельное проведение измерений толщины льда;- parallel measurement of ice thickness;

- передача в эфир (по каналам спутниковой связи) собираемых данных в режиме он-лайн (в заданное время):- broadcasting (via satellite channels) of collected data on-line (at a given time):

- о собственных координатах в настоящее время;- about own coordinates at present;

- о толщине льда, на котором они находятся в текущее время;- about the thickness of the ice on which they are currently;

- о скорости ветра, давлении и влажности воздуха и температуре (по необходимости).- about wind speed, pressure and humidity and temperature (if necessary).

Установка и использование комплексов на заданном расстоянии обеспечивают возможность создания сети информационных комплексов в системе контроля движения льда и его состояния, для безопасной проводки судов по северному морскому пути и обеспечения безопасности объектов нефтегазопромысловой и гидротехнической инфраструктуры на шельфе и в прибрежной зоне в ледовитых морях и в условиях ледяного покрова, в том числе дрейфующего. Кроме того, установка и использование комплексов на заданном расстоянии обеспечивают возможность создания сети подводной навигации.Installation and use of the complexes at a given distance provide the opportunity to create a network of information systems in the system for monitoring the movement of ice and its condition, for the safe escort of vessels along the Northern Sea Route and for ensuring the safety of oil and gas production and hydraulic infrastructure on the shelf and in the coastal zone in the arctic seas and in conditions ice cover, including drift. In addition, the installation and use of systems at a given distance provide the ability to create a network of underwater navigation.

Основной особенностью системы, создаваемой при использовании устанавливаемых на лед комплексов, является возможность обеспечивать точный технический контроль состояния льда, его толщины, что позволяет при использовании специальных программных продуктов делать точный прогноз времени и качества формирования торосов, смещения льда и образования непроходимых для ледокольного флота ледовых условий. Кроме того, система указанных комплексов обеспечивает подводную навигацию.The main feature of the system created by using ice-mounted systems is the ability to provide precise technical control of the ice state and its thickness, which allows using special software products to accurately predict the time and quality of formation of hummocks, ice displacement and the formation of ice conditions impenetrable for the icebreaker fleet. . In addition, the system of these complexes provides underwater navigation.

Предлагаемая система работает следующим образом.The proposed system works as follows.

С целью передачи необходимой информации управления на избранный навигационный комплекс HKi (i=1, 2, …, n) на диспетчерском пункте ДП 1 с помощью блока 2 управления и компьютера 3 включается задающий генератор 4, который формирует высокочастотное гармоническое колебаниеIn order to transmit the necessary control information to the selected navigation system HKi (i = 1, 2, ..., n) at the control center DP 1 using the control unit 2 and computer 3, the master oscillator 4 is turned on, which generates a high-frequency harmonic oscillation

uc(t)=Uc⋅Cos(ωct+(ϕc), 0≤t≤Тс,u c (t) = U c ⋅ Cos (ω c t + (ϕ c ), 0≤t≤T s ,

где Uc, ωс, ϕс, Тс - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность гармонического колебания, которое поступает на первый вход фазового манипулятора 6, на второй вход которого подается модулирующий код M1(t) с второго выхода компьютера 3. Указанный модулирующий код соответствует идентификационному номеру запрашиваемого навигационного комплекса. На выходе фазового манипулятора 6 образуется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн)where U c , ω s , ϕ s , T s - amplitude, carrier frequency, initial phase and duration of harmonic oscillation, which is fed to the first input of the phase manipulator 6, the second input of which is supplied with the modulating code M 1 (t) from the second output of the computer 3. The specified modulating code corresponds to the identification number of the requested navigation system. The output of the phase manipulator 6 produces a complex signal with phase shift keying (PSK)

u1(t)=U1⋅Cos[ωct+ϕkl(t)+ϕс], 0≤t≤Тс,u 1 (t) = U 1 ⋅ Cos [ω c t + ϕ kl (t) + ϕ s ], 0≤t≤T s ,

где ϕк1(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии модулирующим кодом M1(t), причем ϕк1(t)=const при kτэ<t(k+1)τэ и может изменяться скачком при t=kτэ, т.е. на границах между элементарными посылками (k=1,2, …, N -1);where ϕ k1 (t) = {0, π} is the manipulated phase component that displays the phase manipulation law in accordance with the modulating code M 1 (t), and ϕ k1 (t) = const for kτе <t (k + 1) τэ and can change abruptly at t = kτэ, i.e. at the borders between elementary premises (k = 1,2, ..., N -1);

τэ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которыхτэ, N - duration and number of elementary premises, of which

составлен сигнал длительностью

Figure 00000001
compiled signal duration
Figure 00000001

Этот сигнал поступает на первый вход первого смесителя 8, на второй вход которого подается напряжение первого гетеродина 7This signal is fed to the first input of the first mixer 8, the second input of which is supplied with the voltage of the first local oscillator 7

uг1(t)=Uг1⋅Cos(ωг1t+(ϕг1).u g1 (t) = U g1 ⋅ Cos (ω g1 t + (ϕ g1 ).

На выходе смесителя 8 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 9 выделяется напряжение первой промежуточной (суммарной) частотыThe output of the mixer 8 is formed voltage Raman frequencies. The amplifier 9 is allocated the voltage of the first intermediate (total) frequency

uпр1(t)=Uпр1⋅Cos[ωпр1t+ϕк1(t)+ϕпр1], 0≤t≤Тс,u CR1 (t) = U CR1 ⋅ Cos [ω CR1 t + ϕ K1 (t) + ϕ CR1 ], 0≤t≤T s ,

где

Figure 00000002
Where
Figure 00000002

ωпр1cг1=ω1 - первая промежуточная (суммарная) частотаω pr1 = ω c + ω g1 = ω1 - the first intermediate (total) frequency

ϕпр1=ϕс1,ϕ pr1 = ϕ c + ϕ 1 ,

которое после усиления в усилитель 10 мощности через дуплексер 11 поступает в приемопередающую антенну 12, излучается ею на частоте ω1 в эфир (в направлении навигационных комплексов), через КА-ретрансляторы, улавливается приемопередающей антенной 12.i навигационного комплекса и через дуплексер 1 1.i и усилитель 13.i мощности поступает на первый вход смесителя 15.1, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 14.iwhich, after amplification into the power amplifier 10 through the duplexer 11, enters the transceiver antenna 12, it is radiated by it at the frequency ω 1 into the air (in the direction of the navigation systems), through the KA-transponders, is captured by the transceiver antenna 12.i of the navigation complex and through the duplexer 1 1. i and a power amplifier 13.i is supplied to the first input of the mixer 15.1, the second input of which supplies the local oscillator voltage 14.i

ur1(t)=Uг1⋅Соs(ωг1t+ϕг1).u r1 (t) = U g1 ⋅Соs (ω g1 t + ϕ g1 ).

На выходе смесителя 15.i образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 16.i выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частотыAt the output of the mixer 15.i, the frequencies of the combination frequencies are generated. Amplifier 16.i isolates the voltage of the second intermediate (differential) frequency

uпр2(t)=Uпр2⋅Cos[ωпp2t+ϕк1(t)+ϕпр2), 0≤t≤Тс,u pr2 (t) = U pr2 ⋅ Cos [ω p2 t + ϕ k1 (t) + ϕ pr2 ), 0≤t≤T s ,

где

Figure 00000003
Where
Figure 00000003

ωпр2пр1г1 - вторая промежуточная (разностная) частота; ωpr2= ωpr1g1 - second intermediate (difference) frequency;

ϕпр2пр1г1,ϕ ol2 = ϕ ol1g1 ,

которое поступает на первый вход перемножителя 17.i, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 8.iwhich goes to the first input of the multiplier 17.i, to the second input of which the local oscillator voltage 8.i

uг2(t)=Uг2⋅Соs(ωг2t+ϕг2).u z2 (t) = U r2 ⋅Sos (ω t + φ r2 r2).

На выходе перемножителя 17.i образуется напряжениеA voltage is generated at the output of the multiplier 17.i

u2(t)=U2⋅Cos[ωг1t-ϕк1(t)+ϕг1], 0,≤t≤Тс,u 2 (t) = U 2 ⋅ Cos [ω g1 t-ϕ k1 (t) + ϕ g1 ], 0, ≤t≤T s ,

где

Figure 00000004
Where
Figure 00000004

ωг1г2пр2,w r1 r2 = ω -ω WP2,

которое представляет собой ФМн сигнал на частоте ωг1 гетеродина 14.i. Это напряжение выделяется полосовым фильтром 18.i и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 19.i, на второй (опорный) вход которого подается напряжение Uг1 (t) гетеродина 14.i. На выходе фазового детектора 19.i образуется низкочастотное напряжениеwhich is an FMN signal at a frequency ω g1 of the local oscillator 14.i. This voltage is allocated by the bandpass filter 18.i and fed to the first (information) input of the phase detector 19.i, to the second (reference) input of which the voltage U g1 (t) of the local oscillator 14.i is applied. A low-frequency voltage is generated at the output of the phase detector 19.i

uН1(t)=Uн1⋅Соsϕк1(t), 0,≤t≤Тс,u Н1 (t) = U н1 ⋅Соsϕ к1 (t), 0, ≤t≤T s ,

где

Figure 00000005
Where
Figure 00000005

пропорциональное модулирующему коду М1(t). Это напряжение поступает в компьютер 3.iproportional to the modulating code M 1 (t). This voltage goes to computer 3.i

Частоты ωг1 и ωг1 гетеродинов разнесены на значение второй промежуточной частоты (фиг. 4)The frequencies ω g1 and ω g1 local oscillators are spaced by the value of the second intermediate frequency (Fig. 4)

ωг2г1пр2.w r1 r2 -ω = ω WP2.

Если идентификационный номер Mи(t) запрашиваемого навигационного комплекса соответствует модулирующему коду M1(t), то в компьютере 3.i формируется команда, которая через блок 2.i управления воздействует на блоки 21.i, 22.i и 23.i, включая их. При этом информация с указанных блоков через компьютер. При этом информация с указанных блоков через компьютер 3.i поступает на вход формирователя 5.i модулирующего кода, где формируется суммарный модулирующий кодIf the identification number M and (t) of the requested navigation system corresponds to the modulating code M 1 (t), then a command is generated in computer 3.i that, through the control unit 2.i, acts on the blocks 21.i, 22.i and 23.i including them. In this case, information from the indicated blocks through the computer. In this case, information from the indicated blocks is transmitted through the computer 3.i to the input of the generator 5.i of the modulating code, where the total modulating code is generated

MΣ(t)=Mи(t)+M2(t)+M3(t)+M4(t),M Σ (t) = M and (t) + M 2 (t) + M 3 (t) + M 4 (t),

Где Mи(t) - идентификационный номер навигационного комплекса;Where M and (t) is the identification number of the navigation complex;

M2(t) - модулирующий код, отображающий координаты (долгота и ширина) навигационного комплекса;M 2 (t) is a modulating code that displays the coordinates (longitude and width) of the navigation system;

M3(t) - модулирующий код, отображающий толщину льда;M 3 (t) is a modulating code that displays the thickness of the ice;

M4(t) - модулирующий код, отображающий скорость ветра, температуру и влажность воздуха.M 4 (t) is a modulating code that displays wind speed, temperature and air humidity.

Одновременно с этим включается задающий генератор 4.i, который формирует высокочастотное гармоническое колебаниеAt the same time, the master oscillator 4.i is turned on, which generates a high-frequency harmonic oscillation

uci(t)=Uci⋅Cos(ωct+ϕci), 0,≤t≤Tci,u ci (t) = U ci ⋅ Cos (ω c t + ϕ ci ), 0, ≤t≤T ci ,

которое поступает на первый вход фазового манипулятора 6.i, на второй вход которого с выхода формирователя 5.i модулирующего кода поступает суммарный модулирующий код MΣ(t).which arrives at the first input of the phase manipulator 6.i, the second input of which from the output of the generator 5.i of the modulating code receives the total modulating code M Σ (t).

На выходе фазового манипулятора 6.i образуется сложный ФМн сигналAt the output of the phase manipulator 6.i, a complex PSK signal is formed

u3i(t)=U3i⋅Cos[ωct-ϕк2(t)+ϕci], 0≤t≤Tci,u 3i (t) = U 3i ⋅ Cos [ω c t-ϕ k2 (t) + ϕ ci ], 0≤t≤T ci ,

где ϕк2(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с суммарным модулирующим кодом MΣ(t),where ϕ k2 (t) = {0, π} is the manipulated phase component that displays the phase manipulation law in accordance with the total modulating code M Σ (t),

который поступает на первый вход смесителя 8.i, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 7.iwhich goes to the first input of the mixer 8.i, to the second input of which the local oscillator voltage 7.i

uг2(t)=Uг2⋅Cos(ωг2t+ϕг2).u z2 (t) = U r2 ⋅Cos (ω t + φ r2 r2).

На выходе смесителя 8.i образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 9.i выделяется напряжение третьей промежуточной частотыAt the output of the mixer 8.i, voltages of combination frequencies are generated. Amplifier 9.i isolates the voltage of the third intermediate frequency

uпр3(t)=Uпр3⋅Cos[ωпp3t-ϕк2(t)+ϕпр3], 0≤t≤Tci,u pr3 (t) = U pr3 ⋅ Cos [ω p3 t-ϕ k2 (t) + ϕ pr3 ], 0≤t≤T ci ,

где

Figure 00000006
; Where
Figure 00000006
;

ωпр3г2 - ωс - третья промежуточная частота; PR3 ω = ω z2 - ω s - third intermediate frequency;

ϕпр3=ϕг2ci ϕ pr3 = ϕg2ci

которое после усиления в усилителе 10.1 мощности через дуплексер 11.i поступает в приемопередающую антенну 12.i, излучается ею на частоте ω2 в эфир (в направлении КА), переизлучается им в направлении диспетчерского пункта ДП, улавливается приемопередающей антенной 12 и через дуплексер 11 и усилитель 13 мощности поступает на первый вход смесителя 15, на второй вход которого подается напряжение гетеродина 14which, after amplification in the power amplifier 10.1 through the duplexer 11.i, enters the transceiver antenna 12.i, is radiated by it at the frequency ω 2 into the ether (in the direction of the spacecraft), re-emitted by it in the direction of the control center of the receiver, is captured by the transceiver antenna 12 and through the duplexer 11 and the power amplifier 13 is supplied to the first input of the mixer 15, to the second input of which the voltage of the local oscillator 14

uг2(t)=Uг2⋅Cos(ωг2t+ϕг2).u z2 (t) = U r2 ⋅Cos (ω t + φ r2 r2).

На выходе смесителя 15 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 16 выделяется напряжение второй промежуточной (разностной) частотыAt the output of the mixer 15, voltages of combination frequencies are generated. The amplifier 16 is allocated the voltage of the second intermediate (differential) frequency

uпp4(t)=Uпр4⋅Cos[ωпp2t - ϕк2(t)+ϕпр2], 0≤t≤Тс,u pp4 (t) = U pr4 ⋅ Cos [ω p2 t - ϕ k2 (t) + ϕ pr2 ], 0≤t≤T s ,

где

Figure 00000007
Where
Figure 00000007

ωпр2г2пр3 - вторая промежуточная (разностная) частота; ωpr2 = ω z2PR3 - second intermediate (difference) frequency;

ϕпр2г2пр3,ϕ pr2 = ϕ r2pr3 ,

которое поступает на первый вход перемножителя 17, на второй вход которого подается напряжение uri(t) гетеродина 7. На выходе перемножителя 17 образуется напряжениеwhich is supplied to the first input of the multiplier 17, the second input of which is supplied with the voltage u r i (t) of the local oscillator 7. A voltage is generated at the output of the multiplier 17

u4(t)=U4⋅Cos[ωг2t - ϕк2(t)+ϕг2], 0≤t≤Тс,u 4 (t) = U 4 ⋅Cos [ω z2 t - φ k2 (t) + φ r2] 0≤t≤T s,

где

Figure 00000008
Where
Figure 00000008

ωг2пр2 - ωг1; ωg2 = ω pr2 - ω g1 ;

ϕг2пр1г1,cp r2 = φ -φ pr1 r1,

которое выделяется полосовым фильтром 18 и поступает на первый (информационный) вход фазового детектора 19, на второй (опорный) вход которого подается напряжение uг2(t) гетеродина 14. На выходе фазового детектора 19 образуется низкочастотное напряжениеwhich is allocated by a band-pass filter 18 and fed to the first (information) input of the phase detector 19, to the second (reference) input of which the voltage u g2 (t) of the local oscillator 14 is supplied. A low-frequency voltage is generated at the output of the phase detector 19

uн2(t)=Uн2⋅Cos ϕк2(t), 0≤t≤Тс,u n2 (t) = U n2 ⋅ Cos ϕ к2 (t), 0≤t≤T s ,

где

Figure 00000009
; Where
Figure 00000009
;

пропорциональное суммарному модулирующему коду MΣ(t). Это напряжение поступает в компьютер 3.proportional to the total modulating code M Σ (t). This voltage goes to computer 3.

Таким образом, предлагаемая система по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает возможность для удаленного автоматизированного мониторинга окружающей среды на больших территориях в условиях Арктики и оперативного обмена информацией между диспетчерским пунктом и навигационными комплексами. Это достигается за счет дуплексной радиосвязи с использованием сложных сигналов с фазовой манипуляцией, компьютеров и космических аппаратов спутниковой системы связи в качестве ретрансляторов.Thus, the proposed system in comparison with the prototype and other technical solutions for a similar purpose provides the ability for remote automated environmental monitoring in large areas in the Arctic and the rapid exchange of information between the control center and navigation systems. This is achieved through duplex radio communications using complex phase-shift signals, computers and spacecraft of the satellite communications system as repeaters.

Сложные сигналы с фазовой манипуляцией обладают высокой энергетической и структурной скрытностью.Complex phase-shift signals have high energy and structural secrecy.

Энергетическая скрытность данных сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени и по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого сложный ФМн сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами и помехами. Причем энергия сложного ФМн сигнала отнюдь не мала, она просто распределена по частотно-временной области так, что в каждой точке этой области мощность сигнала меньше мощности шумов и помех.The energy secrecy of these signals is due to their high compressibility in time and spectrum with optimal processing, which reduces the instantaneous radiated power. As a result, a complex PSK signal at the receiving point may be masked by noise and interference. Moreover, the energy of a complex PSK signal is by no means small; it is simply distributed over the time-frequency domain so that at each point of this region the signal power is less than the power of noise and interference.

Структурная скрытность сложных ФМн сигналов обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку сложных ФМн сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемника.The structural secrecy of complex PSK signals is caused by a wide variety of their shapes and significant ranges of parameter changes, which makes it difficult to optimize or at least quasi-optimal processing of complex PSK signals of an a priori unknown structure in order to increase the sensitivity of the receiver.

Claims (8)

Компьютерная система дистанционного управления навигационными комплексами для автоматизированного мониторинга окружающей среды в условиях Арктики, содержащая не менее трех навигационных комплексов, каждый из которых характеризуется наличием надводной и подводной секциями, соединенных кабелем, при этом надводная часть содержит блок управления, блок определения толщины ледового покрова, блок определения состояния атмосферы, подключенные к приемопередающему устройству, а подводная часть содержит подводный навигационный маяк, управляющие входы блока определения координат по системе спутниковой навигации, блока определения толщины ледового покрова, блока определения состояния атмосферы и подводного навигационного маяка соединены с соответствующими выходами блока управления, отличающаяся тем, что она снабжена приемопередающим устройством, установленным на диспетчерском пункте, и космическими аппаратами спутниковой системы связи, при этом каждое приемопередающее устройство выполнено в виде последовательно подключенных к выходу блока управления компьютера, задающего генератора, фазового манипулятора, второй вход которого через формирователь модулирующего кода соединен с вторым выходом компьютера, первый смеситель, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, усилитель первой промежуточной частоты, первый усилитель мощности, дуплексер, вход-выход которого связан с приемопередающей антенной, второй усилитель мощности, второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, усилитель второй промежуточной частоты, перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, полосовой фильтр и фазовый детектор, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, а выход подключен к компьютеру, частоты ωг1 и ωг2 гетеродина разнесены на значение второй промежуточной частотыA computer-based remote control system for navigation systems for automated environmental monitoring in the Arctic, containing at least three navigation systems, each of which is characterized by the presence of surface and underwater sections connected by cable, while the surface part contains a control unit, an ice thickness determination unit, a unit determining the state of the atmosphere connected to the transceiver, and the underwater part contains an underwater navigation beacon, the varying inputs of the coordinate determination unit according to the satellite navigation system, the ice cover thickness determination unit, the atmosphere state determination unit, and the underwater navigation beacon are connected to the corresponding outputs of the control unit, characterized in that it is equipped with a transceiver installed at the control center and spacecraft of the satellite system connection, with each transceiver made in the form of series-connected to the output of the computer control unit, for a generator, a phase manipulator, the second input of which is connected to the second output of the computer through the generator of the modulating code, the first mixer, the second input of which is connected to the output of the first local oscillator, the amplifier of the first intermediate frequency, the first power amplifier, duplexer, the input-output of which is connected to the transceiver antenna , a second power amplifier, a second mixer, the second input of which is connected to the output of the second local oscillator, an amplifier of the second intermediate frequency, a multiplier, the second input of which is connected nen yield a first local oscillator, a bandpass filter and a phase detector, a second input coupled to an output of the second oscillator, and an output connected to the computer, the frequency ω d1 and ω LO spaced r2 value of the second intermediate frequency ωг2г1пр2,w r1 r2 -ω = ω WP2, приемопередающее устройство диспетчерского пункта излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частотеthe control unit transceiver emits complex signals with phase shift keying at a frequency ω1пр1г2,ω = ω 1 = ω z2 pr1, где ωпр1 - первая промежуточная частота,where ω CR1 is the first intermediate frequency, а принимает на частотеbut takes on the frequency ω2пр3г1,ω 2 = ω pr3 = ω g1 , где ωпр3 - третья промежуточная частота, а приемопередающее устройство навигационных комплексов, наоборот, излучает сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частоте ω2, а принимает на частоте ω1, космические аппараты спутниковой системы связи ретранслируют сложные сигналы с фазовой манипуляцией на частоте ω1 и ω2 с сохранением фазовых соотношений.where ω CR3 is the third intermediate frequency, and the transceiver of the navigation systems, on the contrary, emits complex signals with phase shift keying at the frequency ω 2 , and receives at frequency ω 1 , the spacecraft of the satellite communications system relay complex signals with phase shift keying at the frequency ω 1 and ω 2 while maintaining phase relationships.
RU2017137195A 2017-10-23 2017-10-23 Computer system for remote control of navigation complexes for arctic automated environmental monitoring RU2681671C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017137195A RU2681671C1 (en) 2017-10-23 2017-10-23 Computer system for remote control of navigation complexes for arctic automated environmental monitoring

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017137195A RU2681671C1 (en) 2017-10-23 2017-10-23 Computer system for remote control of navigation complexes for arctic automated environmental monitoring

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2681671C1 true RU2681671C1 (en) 2019-03-12

Family

ID=65805620

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017137195A RU2681671C1 (en) 2017-10-23 2017-10-23 Computer system for remote control of navigation complexes for arctic automated environmental monitoring

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2681671C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2732318C1 (en) * 2019-10-10 2020-09-15 Открытое акционерное общество "Авангард" Computer system for remote control of navigation systems for automated monitoring of environment in arctic conditions

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7969822B2 (en) * 2005-07-15 2011-06-28 Estate Of Albert R. Basilico System and method for extending GPS to divers and underwater vehicles
RU2436134C1 (en) * 2010-03-16 2011-12-10 Сергей Петрович Алексеев Method for rapid investigation of atmosphere, earth's surface and ocean
RU2449326C2 (en) * 2010-02-24 2012-04-27 Открытое акционерное общество "Газпром" Method of determining state of ice cover
RU2485447C1 (en) * 2011-11-07 2013-06-20 Общество с ограниченной ответственностью "Океан - Инвест СПб" Double-medium research and navigation complex with system of provision of accurate navigational referencing for underwater mobile technical objects
RU2583234C1 (en) * 2014-12-31 2016-05-10 Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ") System for illuminating ice conditions and preventing effect of ice formations on sea objects of business operations

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7969822B2 (en) * 2005-07-15 2011-06-28 Estate Of Albert R. Basilico System and method for extending GPS to divers and underwater vehicles
RU2449326C2 (en) * 2010-02-24 2012-04-27 Открытое акционерное общество "Газпром" Method of determining state of ice cover
RU2436134C1 (en) * 2010-03-16 2011-12-10 Сергей Петрович Алексеев Method for rapid investigation of atmosphere, earth's surface and ocean
RU2485447C1 (en) * 2011-11-07 2013-06-20 Общество с ограниченной ответственностью "Океан - Инвест СПб" Double-medium research and navigation complex with system of provision of accurate navigational referencing for underwater mobile technical objects
RU2583234C1 (en) * 2014-12-31 2016-05-10 Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ") System for illuminating ice conditions and preventing effect of ice formations on sea objects of business operations

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2732318C1 (en) * 2019-10-10 2020-09-15 Открытое акционерное общество "Авангард" Computer system for remote control of navigation systems for automated monitoring of environment in arctic conditions

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2594759C1 (en) Method and device for determining coordinates of a radio emission
RU2371738C1 (en) Hydroacoustic navigation system
US20210172742A1 (en) Underwater navigation
RU2681671C1 (en) Computer system for remote control of navigation complexes for arctic automated environmental monitoring
RU2689281C1 (en) Method for navigation-information support of deep-sea autonomous unmanned underwater vehicle
RU2389054C1 (en) Method for collation of time scales and device for its implementation
RU2017131018A (en) Global radio-acoustic system for monitoring the fields of the atmosphere, ocean and the earth&#39;s crust in the marine environment and recognition of the sources of their formation
RU2240950C1 (en) Device for searching for man in distress
RU2658123C1 (en) System of remote control of the state of the atmosphere and ice cover in the north areas
RU2723928C1 (en) Computer system for remote control of navigation systems for automated monitoring of environment in arctic conditions
RU2596244C1 (en) Arctic underwater navigation system for driving and navigation support of water surface and underwater objects of navigation in constrained conditions of navigation
RU2656972C1 (en) Computer system of management of the port container terminal
RU2732318C1 (en) Computer system for remote control of navigation systems for automated monitoring of environment in arctic conditions
RU2305044C2 (en) Device for controlling trains traffic by means of artificial earth satellites
RU2602274C1 (en) Radar method and device for remote measurement of full velocity vector of meteorological object
RU2453865C1 (en) Method of determining sea ice draft and system to this end
Badjou et al. Low-Cost, Lightweight UWB Antenna Design for Humanitarian Drone-Launched GPR Surveys
RU2691294C2 (en) Method for forming and application of global radiohydroacoustic system of monitoring atmospheric, oceanic and crustal fields in marine environment and recognition of sources thereof
Bajuri et al. Recent advancement of radar and radionavigation in aerospace
RU2243592C1 (en) System for remote control of building materials transportation
RU2717079C1 (en) Method of monitoring condition of underground structures and system for its implementation
RU2301437C1 (en) Mode of comparison of time scale
RU2278048C1 (en) Method of and device for combined radio communication and radio navigation for use in railway transport
RU2724079C1 (en) Method of technical maintenance of vehicle location management during recovery of infrastructure objects and system for its implementation
RU2712794C1 (en) System for remote monitoring of atmosphere and ice cover in northern regions