Устройство (bsat) записи, являющееся черным ящиком со спутниковым устройством передачи для подводных судов - RU2628769C1
Код документа: RU2628769C1
Чертежи
Описание
Область техники, к которой относится изобретение
Это изобретение касается систем отслеживания транспортных средств и, более конкретно, черного ящика (BSAT) со спутниковым устройством передачи для подводных судов.
Уровень техники
Катастрофы являются обычной ситуацией в мире воздушных, наземных и подводных устройств. Причины этих катастроф необходимо анализировать и устранять, чтобы можно было предложить улучшенные и безотказные системы. Эти причины могут стать известны только в случае записи данных задания. Кроме того, они должны быть доступны даже тогда, когда уничтожены основные системы. Необходимо записывать данные в каждом летательном аппарате, наземной системе и подводном судне.
Термин «черный ящик» широко используют для описания компьютеризированных устройств (FDR) записи рабочих данных, расположенных в летательном аппарате. Устройство записи, являющееся черным ящиком, можно рассматривать как электронное устройство, используемое для записи конкретных параметров летательного аппарата; например, любых команд, направленных любым электронным системам летательного аппарата. Другим типом устройства записи данных полета является устройство (CVR) записи голоса в кабине, которое записывает разговоры в кабине, переговоры по радио между экипажем и другими лицами (в том числе разговоры с персоналом воздушного транспорта, а также окружающие звуки). Они записывают значимые параметры полета, в том числе положения органов управления и приводных механизмов, информацию двигателей и время дня. Существует 88 параметров, минимально необходимых по федеральному законодательству США (до 2002 года требовалось только 29), но некоторые системы отслеживают гораздо большее число переменных. В общем, значение каждого параметра записывают несколько раз в секунду, хотя некоторые блоки сохраняют «пакеты» данных с гораздо более высокой частотой, если данные склонны быстро меняться.
Стандартными компонентами черного ящика являются блок питания, блок памяти, плата электронного контроллера, устройства ввода и сигнальный маячок.
В случае инцидента, данные, сохраненные в черном ящике, могут оказать необходимую помощь в понимании динамики и причины инцидента. Основные требования при изготовлении успешного черного ящика заключаются в том, чтобы сделать его не требующим обслуживания и насколько возможно не разрушаемым. Тем не менее, существующие технологии черного ящика используются только в летательных аппаратах.
Тем не менее, в случае подводных судов, оценку работы делают в режиме офлайн, так как из-за сильного затухания сигналов под водой невозможна передача данных в реальном времени. Следовательно, данные задания в реальном масштабе времени будут сохранять в энергонезависимой памяти, расположенной в судне, и с целью анализа работы судна данные будут извлекать на стенде при завершении задания. Все это может иметь место, если на судне не случится нештатной ситуации. В случае инцидента может иметь место потеря данных задания, так как судно может утонуть. С точки зрения времени, затрат и усилий будет тяжело извлечь данные задания.
Документ US 20120105247 касается систем и способов формирования отчетов о действиях при определенном положении ниже уровня моря. В нем описана система записи для задания, предназначенная для сбора и формирования отчетов при конкретных положениях ниже уровня моря. Корпус содержит устройство GPS приема, которое сопоставляет информацию с положениями только выше уровня моря. Между черным ящиком и корпусом существует физическая линия связи. Это изобретение предназначено только для летательных аппаратов, когда летательный аппарат падает в океан, черный ящик находится в самом аппарате. Также не обсуждаются подробности выбрасывания корпуса.
Документ US 20120097823 касается устройства записи данных перемещения по воде, связанного с буровой установкой в океане. Система содержит защищенное запоминающее устройство, содержащее данные о бурении, маячок для помощи в определении местоположения защищенной памяти. Этот вариант осуществления изобретения предназначен для буровых установок в океане. Механизм выбрасывания представляет собой гидростатическое освобождение. Само защищенное запоминающее устройство не плавает в воде. Присутствует устройство типа рычага с опорой для плавания защищенного запоминающего устройства. Это изобретение не предназначено только для статических систем и не предназначено для высокоскоростных объектов, перемещающихся под водой.
Задача изобретения
Главная задача изобретения состоит в том, чтобы предложить резервное копирование данных задания для тонущих подводных судов.
Другая задача изобретения состоит в том, чтобы предложить логическую схему с тремя токопроводящими выводами для BSAT корпуса с целью включения питания BSAT, когда он находится в режиме задания, и зарядку внутренних батарей без разборки системы, когда она соединена с зарядным устройством.
Другая задача изобретения состоит в том, чтобы предложить механизм приема данных задания подводного судна бесконтактным способом с помощью IR связи, когда физической средой передачи является плексиглас (корпус подводного судна) - морская вода - плексиглас (корпус BSAT).
Другая задача изобретения состоит в том, чтобы обеспечить получение информации о положении с временем первого определения местоположения (TTFF), равным 40 секундам даже при сильном волнении моря, менее 4 баллов (морская мода переливается через GPS антенну BSAT).
Другая задача изобретения состоит в том, чтобы предложить спутниковое средство извлечения для BSAT в тяжелой морской среде, при волнении моря менее 4 баллов, когда BSAT плавает в морской воде после выбрасывания BSAT из подводного судна.
Другая задача изобретения состоит в том, чтобы предложить механизм выбрасывания для BSAT.
Раскрытие изобретения
В соответствии с изобретением предложен черный ящик (BSAT) со спутниковым устройством передачи для подводного судна, BSAT расположен в герметичном корпусе, при этом BSAT содержит электронный контроллер; инфракрасный (IR) интерфейс сопряжения; систему глобального позиционирования (GPS), содержащую высокочувствительную микросхему приема; и антенну; спутниковую передающую антенну; токопроводяющую логическую схему, содержащую три вывода; память для хранения данных; аккумуляторную батарею; и средство выбрасывания для выбрасывания BSAT при обнаружении заранее заданных условий в подводном судне.
Эти и другие аспекты вариантов осуществления изобретения будут лучше понятны из последующего описания, к которому приложены чертежи. Тем не менее, ясно, что последующее описание, в котором рассмотрены предпочтительные варианты осуществления изобретения и большое количество подробностей упомянутых вариантов, приведено только для примера и не ограничивает изобретение. Можно предложить большое количество изменений и модификаций, находящихся в рамках существа приведенных здесь вариантов осуществления изобретения и приведенные варианты осуществления изобретения включают в себя все такие модификации.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение показано на приложенных чертежах, при этом одинаковые ссылочные позиции обозначают соответствующие детали на различных фиг. Варианты осуществления изобретения будут лучше понятны из последующего описания со ссылками на чертежи, на которых:
фиг. 1 - вид, показывающий расположение аппаратного обеспечения внутри BSAT, в соответствии с описанными здесь вариантами осуществления изобретения;
фиг. 2 - вид, показывающий логическую схему с тремя токопроводящими выводами, реализованную в BSAT, в соответствии с описанными здесь вариантами осуществления изобретения;
фиг. 3 - вид, показывающий сечение BSAT, в соответствии с описанными здесь вариантами осуществления изобретения;
фиг. 4 - вид, показывающий сечение BSAT с кожухом, в соответствии с описанными здесь вариантами осуществления изобретения;
фиг. 5а, 5b и 5с - виды, являющиеся соответственно трехмерным видом сбоку, трехмерным видом верха и трехмерным видом внутренности BSAT, в соответствии с описанными здесь вариантами осуществления изобретения; и
фиг. 6 - вид, показывающий пример реализации в торпеде, при этом показано выбрасывание BSAT из торпеды, когда торпеда достигает небезопасного предела глубины, в соответствии с описанными здесь вариантами осуществления изобретения.
Осуществление изобретения
Приведенные здесь варианты осуществления изобретения и различные признаки, и их целесообразные подробности описаны более полно со ссылками на не ограничивающие изобретение варианты осуществления изобретения, которые проиллюстрированы на приложенных чертежах и разъяснены в последующем описании. Описания хорошо известных компонентов и технологий обработки опущены, так как они не сделают более понятными описанные здесь варианты осуществления изобретения. Используемые здесь примеры предназначены только для облегчения понимания путей возможной реализации описанных здесь вариантов осуществления изобретения и для предоставления специалистам в рассматриваемой области дополнительных возможностей по реализации вариантов осуществления изобретения. Соответственно, примеры не должны рассматриваться как ограничения объема описанных здесь вариантов осуществления изобретения.
В описанных здесь вариантах осуществления изобретения предложено устройство (BSAT) записи, являющееся черным ящиком со спутниковым устройством передачи для подводных судов. На чертежах и, более конкретно, на фиг. 1-6, на которых одинаковыми ссылочными позициями обозначены аналогичные признаки, показаны предпочтительные варианты осуществления изобретения.
Приведенные здесь варианты осуществления изобретения описывают черный ящик (BSAT) со спутниковым устройством передачи для подводных судов, при этом BSAT является автономной системой без каких-либо внешних соединений. BSAT является основанной на микроконтроллере, компактной, надежной и водонепроницаемой системой, предназначенной для подводных приложений.
На фиг. 1 показано расположение аппаратного обеспечения внутри BSAT, в соответствии с описанными здесь вариантами осуществления изобретения. BSAT содержит герметичный корпус с верхней крышкой 01 и нижней основной частью 02, в которой расположено устройство 08 GPS приема с внутренней антенной 09, размещенной сверху, при этом устройство 08 GPS приема может определить свое расположение с помощью спутника. Корпус может быть выполнен из плексигласа/поликарбоната или любого другого материала, прозрачного для инфракрасных (IR) и радиочастотных (RF) сигналов. BSAT также содержит передающую антенну 12 с усилителем 13 мощности для передачи на спутник GPS параметров и других критических параметров торпеды. Антенна может быть антенной диапазона сверхвысоких частот. BSAT содержит электронный контроллер 15 для GPS получения, составления графика передачи сообщений, приема IR данных и реализации логической схемы с 3 выводами. BSAT содержит аккумуляторные батареи 07 большой мощности для долгосрочных операций. Устройство 14 приемо-передачи инфракрасных (IR) сигналов расположено внизу блока и приспособлено для обмена информацией с судами. BSAT также содержит встроенную флеш-память 10 для хранения параметров системы и записей, полученных из торпеды. Для отслеживания состояния внутренней батареи присутствует ADC 16. BSAT может быть собран в судах с кожухом 23. Кожух содержит механизм 32 выбрасывания, приспособленный для выбрасывания BSAT в случае достижения заранее заданного порога, что имеет место при катастрофах. BSAT дополнительно содержит свет высокой интенсивности в качестве альтернативного средства спасения.
На фиг. 2 показана логическая схема с тремя токопроводящими выводами, реализованная в BSAT, в соответствии с описанными здесь вариантами осуществления изобретения. На поверхности корпуса BSAT расположены три токопроводящих вывода. Для того чтобы избежать затухания GPS сигналов, эти три вывода расположены внизу корпуса. Эти три вывода обнаруживают контакт с водой в режиме задания и также будут использоваться для зарядки батареи в режиме стенда. Когда подводное судно входит в контакт с водой, вывод 1 05 и вывод 2 04 станут соединены накоротко благодаря проводимости воды. Так что BSAT будет переключен из режима ожидания в активный режим. Он начинает отвечать на команды с использованием средств IR связи. Данные, переданные в ходе IR связи, содержат или команды, или данные. Эти два элемента отличаются байтами заголовка. BSAT будет отвечать на команды на основе требования и записывать данные, если эти данные относятся к судну.
BSAT содержит встроенную батарею 07 большой мощности, которая может позволить BSAT передавать сигналы до 15 часов. Эти батареи могут быть заряжены без открывания BSAT. Батарея может быть заряжена путем соединения источника 8 В постоянного тока с выводом 2 04 и выводом 3 03.
Механизм выбрасывания, расположенный в торпеде, содержит пружину, которая закрепляет BSAT в кожухе. Пружина может быть приведена в действие с использованием воспламенителя. Пока подводное судно находится в исправном состоянии, кожух BSAT удерживает BSAT. В случае любой аномальной ситуации на подводном судне, воспламенитель может быть активирован для освобождения BSAT из кожуха.
Рассмотрим для примера такое событие, как погружение подводного судна. Так что, когда судно начинает тонуть, переключатель глубины (который может быть использован для регулировки нужных глубин) будет закрыт и подает мощность к воспламенителю. Воспламенитель активируется и освобождает пружину. Освобождение пружины выбрасывает BSAT, который покидает кожух в судне. Благодаря положительной плавучести BSAT плавает в воде. Выбрасывание BSAT из кожуха приводит к разрыву IR связи. BSAT обнаруживает событие для выбрасывания по отсутствию IR связи в течение заранее заданного промежутка времени. Событие для выбрасывания может быть такой аварийной ситуацией, как следующие: судно опускается ниже заранее заданного порога, течь топлива в судне, электрическая проблема на судне, взрыв, отсутствие связи между BSAT и основным устройством записи в течение заранее заданного времени или любая другая аварийная ситуация, которая может привести к повреждению судна. Механизм выбрасывания также может быть приведен в действие авторизованным лицом. После выбрасывания, благодаря положительной плавучести, BSAT плавает в воде. Он начинает получение GPS и составляет график передачи сообщений на спутник, содержащий информацию о положении и критические данные торпеды. Эта информация может быть получена центральной станцией в C диапазоне и возможно определить расположение и извлечь BSAT.
Благодаря тому, что BSAT является системой на основе спутниковой связи, в BSAT преодолены такие барьеры, как линия видимости, имеющие место в обычных маячках.
На фиг. 3 показано сечение BSAT, в соответствии с описанными здесь вариантами осуществления изобретения.
На фиг. 4 показано сечение BSAT с кожухом, в соответствии с описанными здесь вариантами осуществления изобретения.
На фиг. 5а, 5b и 5с показаны виды, являющиеся соответственно трехмерным видом сбоку, трехмерным видом верха и трехмерным видом внутренности BSAT, в соответствии с описанными здесь вариантами осуществления изобретения.
При включении BSAT, BSAT проверяет, войти ли в режим реального времени, что делают путем ожидания в течение заранее заданного периода времени. Если до окончания заранее заданного периода времени получена команда загрузки, BSAT переходит в режим загрузки. В режиме загрузки BSAT загружает в устройство записанные данные с помощью средств беспроводной связи. Если команда загрузки не получена в течение заранее заданного периода времени, BSAT переходит в режим получения. Снова, в этом режиме BSAT переходит в режим отслеживания, если полученные данные являются командой, иначе BSAT переходит в режим задания. В режиме отслеживания BSAT конфигурирует параметры системы. Параметры системы содержат следующие параметры:
Состояние BSAT: Путем выбора из графического интерфейса команды «Получить все параметры» можно считать состояние всех параметров.
Стендовое испытание ВКЛ/ВЫКЛ: Режимом по умолчанию является Стендовое испытание ВЫКЛ. Стендовое испытание обычно выключено при включении устройства; оно может быть включено с использованием конфигурационного программного обеспечения. После ВКЛЮЧЕНИЯ стендового испытания необходимо передать на блок BSAT 142 байта информационных данных. BSAT будет направлять эти данные назад на ПК с помощью устройства IR передачи.
Управление миганием светодиода: Миганием светодиода можно управлять с целью сбережения энергии. Состояние ВКЛ или ВЫКЛ мигания светодиода зависит от предыдущих настроек. Если состояние мигания светодиода представляет собой ВЫКЛ, то его можно перевести в состояние ВКЛ путем выбора из графического интерфейса управления миганием светодиода. Когда включено мигание светодиода, Красный светодиод будет мигать раз в минуту, указывая, что BSAT включен. Голубой светодиод будет мигать каждый раз при получении некоторых данных через устройство IR приема. Голубой светодиод также будет мигать во время загрузки записи на ПК. Мигание светодиода может быть выключено путем нажатия на ту же самую кнопку. BSAT будет помнить состояние мигания светодиода даже при отключении питания.
IR пауза ВКЛЮЧЕН/ОТКЛЮЧЕН: По умолчанию, после включения питания пауза IR включена. IR пауза может быть отключена путем нажатия на кнопку включения, если IR пауза отключена, BSAT не перейдет в режим передачи до тех пор, пока или снова не включат IR паузу или не получат команду выбрасывания.
Программирование частоты несущей: Любая частота несущей для передачи может быть выбрана в диапазоне от 2670,00 МГц до 2690,00 МГц путем выбора из графического интерфейса иконки RF частоты. BSAT запомнит в памяти изменение частоты.
Задержка IR паузы: Пользователь может ввести в текстовое окно длительность паузы. Заданная по умолчанию задержка IR паузы составляет 60 секунд. BSAT запомнит в памяти изменение задержки IR паузы.
Задержка выбрасывания: Пользователь может установить задержку выбрасывания в секундах. Это отложит выбрасывание на величину задержки, установленную пользователем. Заданная по умолчанию задержка выбрасывания составляет 0 секунд. BSAT запомнит в памяти изменение задержки выбрасывания.
Задержка передачи: Время задержки передачи также возможно запрограммировать. Передача будет отложена на величину задержки передачи, установленную пользователем. Задержка передачи, равная 0 секундам, должна использоваться при передаче на основе протокола Aloha.
Стирание памяти: С помощью этой возможности могут быть стерты все записи, сохраненные в памяти. Это также сотрет первое время GPS блокировки и параметры. После стирания памяти BSAT будет сохранять записи, начиная с 0-й записи. Иначе BSAT добавляет данные каждый раз при включении питания.
Идентификатор устройства: Отдельный идентификатор устройства может быть установлен для различных MSS (службы подвижной спутниковой связи) терминалов, что делают с использованием графического интерфейса программного обеспечения. Идентификатор устройства может быть установлен с помощью графического интерфейса.
Состояние батареи: Напряжение внутренней батареи и ее состояние могут быть считаны с использованием кнопки «Батарея» с помощью графического интерфейса. Низкий или Средний указывают на необходимость зарядки. Зарядка батареи может занять от 10 до 14 часов. Батарея может быть заряжена без открывания BSAT. BSAT необходимо располагать на зарядном устройстве BSAT. При заряде Батареи, могут выполняться все упомянутые выше действия.
УСТАНОВКА СКОРОСТИ ПЕРЕДАЧИ В БОДАХ: Скорость обмена информацией с ПК в бодах может быть установлена равной от 4800 до 38400 байт в секунду.
ВЫКЛЮЧЕНИЕ СИСТЕМЫ: BSAT может быть выключен только с использованием команды «Выключить питание».
В режиме задания BSAT включается тогда, когда судно входит в контакт с водой. После включения BSAT ожидает данные или команду от судна в течение заранее заданного периода времени. Этот заранее заданный период времени может быть запрограммирован авторизованным лицом и может изменяться от 0 до 240 секунд. Сначала BSAT будет проверять два байта заголовка. После получения байтов заголовка, последующие данные будут получать до следующих байтов заголовка. Если в течение этого периода не будет получено ни команды или информационных данных, то BSAT рассматривает это как паузу и переходит в режим передачи. После получения информационных данных или команды, BSAT ожидает несколько секунд до следующего приема; иначе BSAT переходит в режим передачи. BSAT сохраняет каждую запись как заранее заданное количество байт с двумя байтами заголовка. При каждом включении BSAT добавляет данные. BSAT сохраняет записи от последней записи и далее до полного исчерпания памяти. При обнаружении команды выбрасывания или паузе получения IR данных BSAT начинает получать GPS данные и передавать на спутник критические данные и GPS информацию судна с использованием подходящего диапазона частот, такого как диапазон сверхвысоких частот. BSAT включает устройство GPS приема и ожидает GPS блокировки. Двукратное мигание красного светодиода означает включение питания GPS. BSAT будет ожидать GPS блокировку в течение заранее заданного времени, например 6 минут. Если GPS заблокируют в течение этого периода, то BSAT запланирует первую передачу в следующий временной интервал, например в течение 10 минут. Если GPS не заблокирован в течение заранее заданного промежутка времени, то BSAT продолжает работать с установленными по умолчанию временем и графиком первой передачи. Если GPS заблокирован, красный светодиод мигнет три раза. Если GPS не заблокирован, красный светодиод мигнет шесть раз. Передача может быть запланирована в режиме случайного ALOHA, а также в режиме непрерывного ALOHA. При случайном ALOHA будет присутствовать заранее заданное количество передач во временном интервале. Например, может присутствовать три случайных передачи в 10 минутный временной интервал. Каждый раз до передачи BSAT будет проверять состояние GPS блокировки. Если GPS заблокирована, то передача будет осуществлена с последними GPS параметрами (широта, долгота и так далее). Если GPS не заблокирована, то передача будет осуществлена с предыдущими параметрами GPS блокировки. Вся эта информация будет сохранена на флеш-памяти. Передача будет продолжаться до тех пор, пока напряжение батареи не достигнет заранее заданного нижнего порога или пользователь не выключит блок.
Команда загрузки данных может быть отдана с внешнего устройства, такого как карманное устройство, компьютер и так далее, чтобы перейти в режим загрузки. BSAT будет отсылать все записи, сохраненные в памяти, на внешнее устройство с помощью подходящих средств, таких как устройство IR передачи. После отправки на внешнее устройство всех записей, BSAT выключится. Записи могут быть сформированы в форме текстового файла. В режиме отслеживания, GPS информация, в том числе TTFF (время первого определения местоположения) и время получения, также могут быть извлечены из BSAT.
На фиг. 6 показан пример реализации в торпеде, при этом показано выбрасывание BSAT из торпеды, когда торпеда достигает небезопасного предела глубины, в соответствии с описанными здесь вариантами осуществления изобретения.
Так как описанные здесь варианты осуществления изобретения используют средства связи на основе спутников, эти варианты осуществления изобретения преодолевают барьеры, присутствующие в обычных маячках, такие как линия видимости и видимость при дневном свете. При извлечении BSAT описанные здесь варианты осуществления изобретения позволяют извлечь данные путем отдачи с ПК команды загрузки по IR линии. Данные будут получены и отформатированы в терминах записей. Каждая запись содержит заранее заданное количество байт, в том числе два байта заголовка. Отформатированные записи могут быть обработаны с целью выработки файла в соответствии с параметрами. Эти данные содержат информацию, относящуюся ко времени до, во время и после катастрофы, при этом указанная информация полезна команде, расследующей катастрофу, для анализа вопросов безопасности, работы двигателя и работы всех других подсистем.
Приведенное выше описание конкретных вариантов осуществления изобретения настолько полно показывает общую природу описанных здесь вариантов осуществления изобретения, так что другие лица могут, применяя текущие знания, легко модифицировать и/или приспособить такие конкретные варианты осуществления изобретения к различным приложениям без выхода за пределы общей идеи и, следовательно, такие изменения и модификации должны рассматриваться как находящиеся в пределах объема и диапазона эквивалентов приведенных вариантов осуществления изобретения. Следует понимать, что использованные здесь язык или терминология применены для описания, а не для ограничения изобретения. Следовательно, хотя приведенные здесь варианты осуществления изобретения описаны в терминах предпочтительных вариантов осуществления изобретения, специалистам в рассматриваемой области ясно, что приведенные здесь варианты осуществления изобретения могут быть реализованы с изменениями, которые находятся в пределах идеи и объема приведенных здесь вариантов осуществления изобретения.
Реферат
Изобретение относится к системам отслеживания транспортных средств. Техническим результатом является резервное копирование данных задания для тонущих подводных судов. Предложен черный ящик со спутниковым передатчиком (BSAT) для подводных судов. BSAT содержит герметичный корпус для приема и передачи инфракрасных и электромагнитных сигналов, систему глобального позиционирования (GPS) с антенной для предоставления GPS параметров BSAT, передающую антенну для передачи GPS параметров и параметров, относящихся к подводному судну, механизм выбрасывания для выбрасывания ВSAT из подводного судна при обнаружении электронным контроллером заданного условия. Электронный контроллер выполнен с возможностью отправки сигналов управления, и/или связи с помощью инфракрасного приемопередатчика, и/или получения и сохранения параметров подводного судна, и/или идентификации момента выбрасывания, и/или получения и сохранения данных GPS параметров, и/или планирования передачи данных через спутник после выбрасывания BSAT из подводного судна. 11 з.п. ф-лы, 6 ил.
