Относительно короткий ответ

Коспас-Сарсат: возможно, но...

Это возможно, но здесь задействовано много отдельных элементов. Это вопрос вероятности того, что в большинстве случаев будет комбинация, препятствующая работе ссылки. Если вы знаете, что делать, и позаботитесь о хорошей прямой видимости (LOS), вы сможете избежать некоторых из этих комбинаций. Он не может работать под водой.

Параметры, которые могут ослабить сигнал, достигающий спутникового приемника, имеют разное происхождение:

• Сама конструкция самолета (композитные материалы или алюминий, количество иллюминаторов, ...)
• Место аварии (каньон, деревья, ...)
• Использование передатчика (положение, близость к окну, помехи от металлической поверхности или мусора, близость тела, ...)

Мне неизвестны результаты экспериментов по использованию PLB в металлическом контейнере, таком как салон коммерческого самолета. Тем не менее, можно оценить потери радиочастотного канала в другой конфигурации и посмотреть, сможет ли сигнал достичь приемника с минимальным требуемым уровнем.

Как объясняется в следующих разделах о спутниках Sarsat международной поисково-спасательной службы на частоте 406 МГц:

• Порог приема сигнала приемником составляет 161 дБВт.
• При начальной мощности 7 дБВт (5 Вт) затухание должно быть не более 168 дБ.
• В хороших условиях мы можем ожидать затухания «всего» 148,1 дБ. Такой сигнал на 12,9 дБ сильнее порога, его легко обнаружить.
• В ухудшенных условиях мы можем экспериментировать с затуханием 177,5 дБ. Будучи на 9,5 дБ ниже порога, этот сигнал не обнаруживается.

Передача в помещении ставит систему на предел возможностей обнаружения (единица S-метра составляет 6 дБ).

^{Слабый сигнал на S-метре, S-единица 6 дБ ( источник )}

Необходимо принимать во внимание многие небольшие причины затухания, которые в сумме могут помешать работе, поэтому этот ответ является длинным.

ООО «СПОТ»

Упомянутое вами решение SPOT LLC — это коммерческая инициатива по обмену сообщениями, работающая на частоте 1,6 ГГц вне системы Коспас-Сарсат. Более высокая частота означает более высокое затухание. Ограниченная радиочастотная мощность 0,4 Вт также делает сигнал слабее. Маловероятно, что SPOT сможет работать в салоне.

Подробности

Введение: принципы PLB

Аварийный PLB работает на частоте 406 МГц. Предыдущая гражданская частота 121,5 МГц больше не контролируется спутниками SAR, но может использоваться (в дополнение к фактическому сигналу на частоте 406 МГц) в качестве ориентира для поисковой группы. Они информируются о том, активна ли эта функция самонаведения или нет, в сообщении, отправленном PLB.

• Выходная мощность PLB составляет 5 Вт (эквиваленты: 7 дБВт 37 дБм) на частоте 406 МГц в вертикальной поляризации.

• Согласно C /S T.004 , характеристики спутниковой системы следующие:

  1. « Вероятность выше 95% для обеспечения достоверного решения (идентификация из 15 гексов) для радиомаяка, передающего с выходной мощностью 37 дБм (со штыревой антенной) и для прохождения спутников с углом места более 5°) »
  2. « Вероятность выше 95% для обеспечения доплеровского местоположения с точностью выше 5 км »

• Нет спутников, полностью предназначенных для поисково-спасательных служб, скорее приемники сигналов бедствия несут в качестве одной из полезных нагрузок на борту спутников. Система состоит из двух созвездий:

  1. Созвездие ГЕОСАР, РСА на геостационарной орбите. Эти спутники находятся в фиксированных точках на высоте 36 000 км над экватором и охватывают весь земной шар, за исключением полярных регионов.

  2. LEOSAR, низкоорбитальный SAR. Спутники в околополярном (около 85°). LEOSAR состоит из двух группировок: спутников Sarsat с орбитой 850 км и спутников Cospas с орбитой 1000 км. ^{( Источник )}
     
     
     

• Планируется, что третья группировка будет работать на большей высоте, чем LEOSAR (MEOSAR, в настоящее время развернута не полностью).

• В то время как GEOSAR, вероятно, первым обнаружит активацию PLB из-за их постоянной прямой видимости, LEOSAR обеспечит наилучшее обнаружение из-за более короткого расстояния до устройства.

Я сосредоточусь на полезной нагрузке LEOSAR/Sarsat, которая обеспечивает наилучшие шансы на обнаружение сигнала PLB, частично заблокированного непроницаемыми для РЧ препятствиями.

Сарсат полезные нагрузки

Спутники, несущие полезную нагрузку LEOSAR Sarsat: NOAA 15 (Сарсат 7), NOAA 18 (Сарсат 10), NOAA 19 (Сарсат 12). Другие планируется активировать в будущем (некоторые могут быть уже активны, я не проверял). Они оснащены приемником SAR (поисково-спасательный процессор, SARP). Спутники Sarsat можно отслеживать на N2YO.com .

Согласно стандарту ввода в эксплуатацию космического сегмента НССПС Коспас-Сарсат - C/S T.004 , SARP-2 имеет чувствительность -161 дБВт, а SARP-3 -164 дБВт (это около 60 аттоватт по сравнению с сотой сотового телефона ). : -134 дБВт, чувствительность в 1000 раз ниже).

Можно ли это небольшое количество доставить в САРП из салона?.. Это вопрос знания начальной мощности, и определения потерь на пути распространения волны до прихода сигнала к приемнику.

Мощность, генерируемая усилителем передатчика, составляет 5 Вт или 7 дБВт. 161 дБВт на приемнике означает прием сигнала мощностью 1 Вт, ослабленного на 161 дБ. Если у нас уже есть 7 дБВт в источнике, мы можем выдержать максимальное затухание 168 дБ.

Инвентаризация основных потерь

Потери распространения в прямой видимости

Наиболее важная часть сигнала будет потеряна в атмосфере между антенной ПЛБ и антенной САРП.

^{Потери из-за расстояния}

Потери зависят от двух факторов: расстояния и длины волны. Оба фактора ограничивают площадь приемной антенны по сравнению со всей сферой фронта волны, и, как следствие, доля принимаемой энергии также меньше.

• Использование модели распространения ITU-R P.525 (распространение в свободном пространстве).
• Расстояние = 850 км, f = 406 МГц.
• Предполагая изотропные антенны на данный момент.
• В соответствии с моделью потери (дБ) составляют:
  Lbf = 20 log(4πd/λ)
. = 32.4 + 20 log(f) + 20 log(d)
. = 32.4 + 20 log(406) + 20 log(850)
. = 143 dB

Сигнал, выходящий из антенны PLB, достигает антенны SARP на -143 дБ слабее, при условии наилучшей настройки антенны. Но так никогда не бывает, потому что, находясь на полярной орбите, спутник вряд ли окажется точно над маяком.

Смещение приемной антенны

Между надиром SARP и маяком будет угол. Этот угол отклонения от надира зависит от фактического пути спутника для текущей орбиты:

^{Цель вне надира}

Коэффициент усиления антенны зависит от этого угла. Диаграмма усиления приемной антенны Sarsat-TIROS SARP (UDA):

^{Усиление антенны UDA при разных углах отклонения от надира ( источник )}

Если предположить, что поляризация благоприятна (RHCP), усиление может варьироваться от +2 дБ до -10 дБ. Обратите внимание, что:

• Усиление лучше, когда угол отклонения от надира велик. Вероятно, это компенсирует большее расстояние до маяка.

• Я предполагаю, что длина линии равна 850 км, но фактическая длина больше, когда маяк не находится непосредственно в надире спутника.

Теперь мы должны работать с вероятностным распределением несоосности для антенн НССПС, чтобы иметь полный набор возможностей и их правдоподобие (например , моделирование методом Монте-Карло ). Для упрощения возьмем плохой случай: -4,4 дБ (это не самое худшее из возможных). Потери пока: -147,4 дБ (-143 - 4,4).

Затухание из-за фидера и дуплексера

На спутнике SARP подключается к антенне через дуплексер, чтобы изолировать антенну восходящей линии SARP от сигнала нисходящей линии SARR (повторитель SAR используется в локальном режиме, здесь не подробно):

^{Аппаратура на спутнике Сарсат ( источник )}

Потери в дуплексере + фидере составляют -1,6 дБ. Потери пока: -149 дБ (-147,4 - 1,6).

Маржа убытка осталась

У нас был бюджет на потери -168 дБ, мы использовали -149 дБ. Запас до потери сигнала PLB из-за SARP составляет 19 дБ при следующей конфигурации:

1. ПЛБ находится на открытом воздухе.
2. ЛВ полностью чистое, ни листвы, ни крыши и т.д.
3. Антенна PLB не имеет коэффициента усиления/потери (усиление 0 дБ).
4. Антенна PLB расположена вертикально, это нормальное использование устройства SAR.
5. Сопротивления антенны PLB и выходного каскада RF совпадают (без КСВ) .
6. Нет потерь в атмосферу (свободное пространство)

Дополнительные потери

Пришло время пересмотреть сделанное до сих пор предположение и принять во внимание дополнительные эффекты, возникающие при использовании PLB из кабины разбившегося самолета.

1. ПЛБ находится на открытом воздухе.

   • На самом деле PLB находится за окном кабины.

   • От Arkema :
     « Большинство составов бесцветного листа плексигласа легко пропускают стандартные радиовещательные, телевизионные и большинство радиолокационных волн электромагнитного спектра ». Можно предположить, что окна (включая внутренний защитный лист) не блокируют сигнал PLB. Потери = 0 дБ.

   • В кабине будут возникать многочисленные отражения от стен, а из-за закрытого пространства с небольшими окнами вполне вероятно, что отраженные сигналы будут глобально деструктивно интерферировать (фазовое рассогласование) с исходным сигналом.

   • Если PLB сместиться, даже на небольшую величину, отражения изменятся. Энергия РЧ постоянно меняется, создавая эффект затухания . Отражения изучались в сопоставимых средах для частот УВЧ. Хотя частота была немного выше, а окружающая среда была простой, мы можем использовать результаты для приблизительного порядка величины: ^{Сигнал RFID (915 МГц) Потеря из-за отражений ( источник )} Пространственное затухание видно на некоторых расстояниях отраженные сигналы складываются, у других вычитаются. Эта потеря также известна как эффект многолучевости . Сигнал может быть ослаблен на 10 дБ и более по сравнению со свободным пространством.
     
     
     
     

   • Каждое отражение также может изменить поляризацию. См. следующий пункт.

2. Антенна PLB расположена вертикально, это нормальное использование устройства SAR.

   • Поляризация антенн передатчика и приемника должна совпадать, иначе произойдет затухание. Поляризация антенны описывает плоскость, в которой передается электрическое поле. Для простой антенны, состоящей из одного активного элемента, электрическое поле направляется в плоскости элемента: ^{Вертикально и горизонтально поляризованные волны ( источник )}
     
     
     

   • Вертикальная поляризация создает меньшее отражение от земли, что обычно является желаемым, поэтому PLB создает вертикальную поляризацию, но только если антенна остается вертикальной, иначе поляризация будет соответствовать ориентации антенны.

   • Чтобы справиться как с линейной вертикальной, так и с горизонтальной поляризацией, а также со всем, что между ними, антенна SARP разработана с круговой поляризацией и способна принимать обе в хороших условиях, но не в оптимальных условиях:
     

     антенны с линейной поляризацией будут работать с антеннами с круговой поляризацией и наоборот. Однако будет потеря мощности сигнала до 3 дБ. В ситуациях со слабым сигналом эта потеря сигнала может ухудшить связь ( источник ).

   • Антенна на спутнике должна быть такой: ^{Спиральная, с круговой поляризацией, антенна ( источник )}
     
     
     

3. ЛВ полностью чистое, ни листвы, ни крыши и т.д.

   • Действительно, если в зоне прямой видимости есть металлическое препятствие и нет возможности для отражений (отсутствует дыра в металлической кабине), сигнал не передается. Это могло произойти, если PLB был окружен металлическими обломками обломков самолета.

   • В противном случае между передатчиком и приемником существует объем ( зона Френеля ), в котором не должно быть препятствий. Эта зона представляет собой эллипсоид вокруг ЛОС. При наличии препятствий будет дифракция и отражение. Дифракция рассеивает сигнал (нет необходимости иметь острые углы), а отражение отклоняет его, что может быть положительным эффектом, когда нет четкой прямой видимости.

   • Густая растительность или густая листва на линии прямой видимости: в растениях есть вода, возникают потери, обычно превышающие 0,1 дБ/м на частоте 406 МГц. Мы можем использовать модели для оценки затухания: ^{(Источник, стр. 155)} Пример: Самолет разбился в лесу. Самолет окружен 25-метровыми деревьями, кроме направления, откуда он прилетел. Спутники, расположенные низко над горизонтом, будут недоступны: спутники ГССПС над экватором обычно находятся низко над горизонтом при просмотре для средних широт, а некоторые орбиты ГССПС будут скрыты деревьями из-за потерь, превышающих -15 дБ, как только глубина листвы 50 м (наклонная глубина). С такой глубиной можно быстро столкнуться, оставив небольшое свободное поле зрения из окна (правда, за лобовое стекло оно было бы больше):
     
     
     
     
     
     
     
     
     
     ^{Траншея для дерева, образовавшаяся в результате аварийной посадки в лесу}

4. Антенна PLB не имеет коэффициента усиления/потери (усиление 0 дБ).

   • Вероятно, это относится ко многим PLB. Антенна PLB выглядит как укороченная на 1/4 λ штыревая антенна. Антенны измеряются относительно гипотетической идеальной антенны (изотропной антенны), а коэффициент усиления выражается в дБи (дБ по сравнению с изотропной). дБи и дБ эквивалентны в текущем обсуждении, поскольку изотропная антенна имеет коэффициент усиления 0 дБ.

5. Сопротивления антенны PLB и выходного каскада RF совпадают (без КСВ) .

   • Для того чтобы выходной ток РЧ-усилителя PLB полностью излучался антенной, выходное сопротивление PLB и сопротивление антенны должны быть равны. Как только происходит рассогласование, часть ВЧ-тока не преобразуется в электромагнитную волну и возвращается в усилитель, смешиваясь с током, текущим в другом направлении. Результатом является появление стоячих волн в устройстве PLB. Соотношение SW называется соотношением SW (SWR) . В их спецификациях указано, что PLB имеют КСВ менее 1,5 или 2. Соответствующие потери составляют 0,2 и 0,5 дБ. Не так много.

   • Импеданс антенны сильно меняется, как только антенна не находится в свободном пространстве. Распространенной причиной является то, что часть тела (содержащая воду) находится близко к антенне или касается ее. Это может легко привести к потере 10 дБ. Также страдает излучательная эффективность антенны (коэффициент усиления): прикосновение к антенне равносильно ее деформации. Его характеристики изменены. Например, он больше не оптимизирован для частоты излучаемого сигнала. Таким образом, помимо появления УВ, ток, достигающий излучателя, еще и плохо преобразуется в волны. В вашем сценарии важно использовать PLB по назначению, чтобы антенна была свободна.

6. Атмосферные потери (свободное пространство) отсутствуют.

   • Это еще один эффект, который трудно оценить, поскольку он зависит от времени суток, погодных условий и солнечной активности.

   • Кислород и водяной пар играют важную роль. Из ITU-R P.676-10 : ^{Затухание в дБ на км ( источник )} . Кажется, что для УВЧ поглощение довольно ограничено, поэтому давайте его проигнорируем.
     
     
     
     

   • Другие потери связаны со спорадической электрической активностью в ионосфере. Их труднее оценить, и они преобразуются в шум, а не ослабляют сигнал, принимаемый SARP. Необходимо также учитывать и другие элементы, такие как способность SARP подавлять шум.

   • Ионосферные аномалии потенциально могут внести ошибки в доплеровскую локализацию.

Нижняя линия

Давайте резюмируем потери, которые мы обсуждали:

 - Impedance mismatch / SWR:                 -0.5 dB
 - Transmitter antenna gain:                 +0 dB
 - Reflection in the cabin:                  -0 to -10 dB (center).
 - Cabin window:                             -0 dB
 - Fresnel obstruction and trees:            -0 to -15 dB
 - Free space loss:                          -143 dB
 - Absorption by atmosphere gases            -0 dB
 - Other propagation losses:                 Not evaluated.
 - Off-nadir angle:                          -0 to -4.4 dB
 - Linear to circular polarization mismatch: -3 dB
 - Satellite duplexer:                       -1.6 dB

                               Acceptable:   -168   dB
                               Best case:    -148.1 dB
                               Worst case:   -177.5 dB

Худший случай возникает, когда:

• PLB экспериментирует с более высоким уровнем отраженных волн. Этого можно избежать, подойдя очень близко к окну и экранировав остальную часть салона чем-нибудь металлическим, но не слишком близко.

• Эллипсоид Френеля заблокирован деревьями. Здесь не так много свободы. Мы надеемся, что LEOSAT будет иметь орбиты с достаточно большой высотой, чтобы избежать препятствий. Если самолет действительно укрыт густой листвой, шансов на успешную связь мало.

• Самолет находится в надире спутника. Антенна SARP оптимизирована для местоположений вне надира (нет уверенности, что места вне надира будут лучше обслуживаться из-за увеличенного наклонного расстояния, которое необходимо проверить). Плохо, если самолет находится в лесу.

Обратите внимание, что ношение персонального локатора не создает проблем с безопасностью, поскольку он не передает данные до активации. Активация будет либо ручной (обычно для PLB), либо по обнаружению большого ускорения (кажется, ограничивается ELT). Я не знаю, пропустят ли вас ребята из службы безопасности в аэропорту с передатчиком. Должно быть легче уговорить пилотов.

Корпус устройства SPOT

По сравнению с многочисленными документами, описывающими финансируемую государством поисково-спасательную службу на частоте 406 МГц, SPOT представляет собой более запутанное решение.

Это не связано со SPOT , семейством спутников наблюдения, созданным Astrium. GEOS IERCC (Международный координационный центр реагирования на чрезвычайные ситуации) не имеет никакого отношения к семейству спутников GEOS, запущенных НАСА несколько десятилетий назад. Это не геостационарные спутники GOES , поддерживающие GEOSAR.

Globalstar — крупная компания спутниковой связи, владеющая спутниками. ООО « СПОТ » является дочерней компанией Globalstar, предоставляющей спутниковые каналы передачи данных и сопутствующие комплекты для обмена сообщениями и голосовой связи. « ГЕОС-Альянс » запустил частную службу помощи, основанную на возможностях SPOT. Услуги ГЕОС-Альянс продаются через Интернет и через розничных продавцов.

С сайта СПОТ:

SPOT Gen3 предоставляет технологию обмена сообщениями на основе местоположения и оповещения о чрезвычайных ситуациях, которая позволяет вам общаться из удаленных мест по всему миру. Он предлагает настраиваемые параметры интервала отслеживания, отслеживание по движению, аккумулятор с длительным сроком службы и многое другое.

Вкратце:

• Вместо покупки передатчика SAR и последующего бесплатного обслуживания абонент ГЕОС-Альянс получает передатчик и вносит ежегодную абонентскую плату.

• Вместо подключения устройства SAR к организациям SAR по всему миру через LUT и MCC/RCC абонент подключается к GEOS, которая вызывает местные службы экстренной помощи от вашего имени.

Технология позади:

• SPOT/Globalstar, по-видимому, использует космический аппарат LEO на высоте 1414 км вместо 850 км для Sarsat с наклоном 52° вместо 85°, что означает, что их покрытие может быть уменьшено.

• Посланники SPOT ограничены мощностью 0,4 Вт вместо 5 Вт для Sarsat, возможно, из-за правил, поскольку их можно использовать, фактически не сигнализируя о ситуации бедствия.

• Используемая частота Глобалстар составляет 1,6 ГГц вместо 406 МГц у Сарсата.

Похоже, эти три технических отличия не сделают устройства SPOT такими же эффективными, как Sarsat:

• Использование того же ITU-R P.525 : Lbf = 20 log(4πd/λ) дает предварительные потери в свободном пространстве 159 дБ по сравнению с 143 дБ для Sarsat (разница: -16 дБ).
• 0,4 Вт = -4 дБВт вместо 7 дБВт для Сарсата (разница: -11 дБ).
• Мы можем добавить потери в 1 дБ на атмосферное поглощение на этой частоте.

Если не ошибаюсь, это уже разница в -28 дБ на ресивере. Он должен быть очень чувствительным или нравиться антеннам с высоким коэффициентом усиления, чтобы конкурировать с государственными поисково-спасательными службами. Из салона самолета с ограниченной дальностью полета это не получится , а иногда кажется, что даже в открытом космосе это не работает.

Справочные документы

• C/S A.003 : Мониторинг системы Коспас-Сарсат и отчетность
• C/S G.003 : Введение в систему Коспас-Сарсат
• C/S G.004 : Глоссарий Коспас-Сарсат
• C/S G.006: Оценка системы Коспас-Сарсат
• C/S G.008 : Эксплуатационные требования для Коспас-Сарсат второго поколения. Маяки 406 МГц
• C/S T.001 : Спецификация для аварийных радиобуев Коспас-Сарсат 406 МГц
• C/S T.003 : Описание полезной нагрузки, используемой в системе Коспас-Сарсат НССПС.
• C / S T.004 : Стандарт ввода в эксплуатацию космического сегмента НССПС Коспас-Сарсат.
• C/S T.011 : Описание полезной нагрузки 406 МГц, используемой в системе Коспас-Сарсат GEOSAR.

Дополнительная документация Сарсат: Сайт Коспас-Сарсат

У меня есть SPOT Beacon , который я использую для случайных приключений: в основном это полеты на небольших самолетах и ​​каякинг. Но он достаточно маленький, я обычно ношу его с собой, когда летаю коммерческими рейсами.

Поскольку он подключается к спутникам, никому не нужно находиться рядом, чтобы «услышать» его. Я могу нажать кнопку SOS почти в любой точке мира и вызвать помощь.

Есть некоторые отдаленные части океана, где нет хорошего спутникового покрытия (см. карту покрытия ), но в целом это может помочь в чрезвычайной ситуации.

Я не знаю, будет ли такое устройство работать изнутри коммерческого авиалайнера. Я знаю, что мне удавалось получать сигналы GPS, прижимая приемник GPS к окну салона, но захват GPS происходит медленно. Я не знаю, может ли он передавать данные в спутниковую сеть через окно кабины.

Эти персональные маяки-локаторы на самом деле работают через систему международных поисково-спасательных маяков Коспас-Сарсат, не имея ничего общего с Иридиум, которая является коммерческой системой. Известно, что они отлично передают сигнал через такие вещи, как запертый металлический шкаф в подвале дома с убранной антенной, и все же вызывают помощь, хотя в этом случае по ошибке.

ELT обычно не используют GPS. Есть более новые устройства для создания отчетов GPS, которые используют GPS, хотя они стоят дороже. Они работают внутри транспортных средств, потому что сигнал проходит через окно. Коммерческие самолеты обычно имеют 2 из них, один в хвосте, а другой переносной в носовом рундуке или мусорном ведре. Смело берите с собой сумку с ними на борт. Не активируйте его случайно, иначе вы сильно разозлите людей. Они предназначены для работы в воде и автоматически активируются при погружении.

Нет, они не могли. Маяки EPIRB имеют очень малую дальность действия, к тому времени, когда вы получите сигнал, у вас также будет сигнал от маяков, например, в регистраторе полетных данных.
Похоже, у вас (как и у многих людей) сложилось впечатление, что GPS-приемники отправляют свое местоположение на спутник, который затем отправляет его куда-то в центр обработки данных, где его можно получить. Это неправильно. Устройство считывает данные только со спутниковой сети, вычисляя свое положение на основе сигналов со спутников. Затем он использует либо радиопередатчик ближнего действия, либо сеть мобильных телефонов, чтобы передать это местоположение заинтересованным сторонам. Но, конечно же, в глуши нет вышек сотовой связи, и радио ближнего действия не поможет, если ближайший получатель находится далеко.
На горнолыжном склоне это не проблема, так как вы находитесь в цивилизации и недалеко от помощи. Посреди океана это бесполезно.