船載應(yīng)急無(wú)線示位標(biāo)EPIRB(emergency position indicating radio beacon)是一個(gè)獨(dú)立的小型專(zhuān)用發(fā)信機(jī)。它安裝在船只上，在船只發(fā)生危險(xiǎn)時(shí)，能夠發(fā)送船只的注冊(cè)信息，加裝了GPS接收機(jī)的可以直接發(fā)送船只的當(dāng)前位置信息給全球衛(wèi)星搜救系統(tǒng)，再由全球衛(wèi)星搜救系統(tǒng)統(tǒng)一安排營(yíng)救排險(xiǎn)。
　　全球衛(wèi)星搜救系統(tǒng)是國(guó)際低極軌道搜救衛(wèi)星系統(tǒng)(COSPAS/SARSAT)的簡(jiǎn)稱(chēng)。它是由美國(guó)、前蘇聯(lián)、法國(guó)和加拿大四國(guó)在1981年聯(lián)合開(kāi)發(fā)的全球范圍內(nèi)利用衛(wèi)星進(jìn)行搜索救援信息的系統(tǒng)。國(guó)際搜救衛(wèi)星組織成立的宗旨是：為在全球范圍內(nèi)的用戶(hù)提供快速而準(zhǔn)確的遇險(xiǎn)報(bào)警信息。最初的COSPAS-SARSAT為低極軌道搜救衛(wèi)星系統(tǒng)，后來(lái)又使用了同步靜止軌道衛(wèi)星。這些衛(wèi)星系統(tǒng)與相應(yīng)的地面處理設(shè)備相配合，能夠?yàn)槿蚝Ｉ?、空中和陸地，包括極區(qū)在內(nèi)的用戶(hù)提供遇險(xiǎn)定位報(bào)警和用戶(hù)身份登記信息查詢(xún)服務(wù)，使遇險(xiǎn)者得到及時(shí)有效的救助。
　　全球衛(wèi)星搜救系統(tǒng)由遇險(xiǎn)示位標(biāo)、衛(wèi)星空間段和地面處理分系統(tǒng)三部分組成。其中遇險(xiǎn)示位標(biāo)根據(jù)其使用載體的不同分為三種" title="三種">三種類(lèi)型：第一類(lèi)是航空機(jī)載示位標(biāo)(ELT)，工作頻率為121.5MHz和243MHz；第二類(lèi)是船載應(yīng)急無(wú)線示位標(biāo)(EPIRB)，頻率為406MHz；第三類(lèi)是個(gè)人用示位標(biāo)(PLB)，頻率也是406MHz。現(xiàn)有的EPIRB產(chǎn)品可以分為含有GPS接收機(jī)和不含GPS接收機(jī)兩種。不含GPS接收機(jī)的只能使用低極軌道衛(wèi)星定位，而含有GPS接收機(jī)的EPIRB還可以使用同步靜止軌道衛(wèi)星定位。低極軌道搜救衛(wèi)星組(LEOSAR)能確保衛(wèi)星掃描且覆蓋地球上的任何地方，平均任何一點(diǎn)最多大約需45min就有一顆衛(wèi)星經(jīng)過(guò)。當(dāng)406.028MHz處于發(fā)射時(shí)，信號(hào)經(jīng)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)到一個(gè)本地用戶(hù)終端之前可能還有一平均45min的延遲。由于這些衛(wèi)星相對(duì)于地球是移動(dòng)的，所接收到的信號(hào)頻率會(huì)產(chǎn)生多普勒頻移，衛(wèi)星使用該頻移數(shù)據(jù)計(jì)算出信號(hào)所發(fā)出的具體位置。因此從一個(gè)不含GPS的EPIRB所發(fā)射出的求救信號(hào)能在90min內(nèi)被搜救系統(tǒng)檢測(cè)到，并且定位精確度達(dá)5km。同步靜止軌道衛(wèi)星主要是為含有GPS接收機(jī)的EPIRB服務(wù)，利用同步靜止軌道衛(wèi)星，EPIRB的定位精度可以高達(dá)幾十米，這兩者的比較見(jiàn)表1。本文所要研究的EPIRB帶有GPS接收機(jī)，能夠利用低極軌道衛(wèi)星和同步靜止軌道衛(wèi)星進(jìn)行自身的定位。下面詳細(xì)研究EPIRB的設(shè)計(jì)問(wèn)題。
1 EPRIB設(shè)計(jì)
　　根據(jù)國(guó)際搜救衛(wèi)星組織召開(kāi)的第十四屆聯(lián)合委員會(huì)和2000年系統(tǒng)發(fā)展研討大會(huì)上做出決定：全球所有信標(biāo)生產(chǎn)廠家，在2003年2月1日以后，不得再生產(chǎn)含有121.5MHz和243MHz頻率的示位標(biāo)。因此，所研究的EPIRB是指能夠同時(shí)利用極地軌道衛(wèi)星和靜止軌道衛(wèi)星，并且發(fā)射信號(hào)頻率為406.028MHz的信標(biāo)。
　　根據(jù)現(xiàn)存的各種EPIRB、ELT和PLB的功能特點(diǎn)，首先確定將要設(shè)計(jì)研發(fā)的EPIRB應(yīng)該具有以下電氣性能指標(biāo)：
　　·在頻率406.028MHz向極地軌道衛(wèi)星和靜止軌道衛(wèi)星發(fā)射報(bào)警信號(hào)；
　　·信號(hào)特性和電文格式符合ITU-RM.633號(hào)建議案；
　　·具有自動(dòng)啟動(dòng)、手動(dòng)啟動(dòng)和遙控啟動(dòng)三種啟動(dòng)方式，并且能人為關(guān)閉；
　　·測(cè)試示位標(biāo)電子設(shè)備工作是否正常時(shí)，可不用衛(wèi)星系統(tǒng)。
　　根據(jù)以上性能指標(biāo)，對(duì)EPIRB進(jìn)行如下的設(shè)計(jì)分析：從總體上看，EPIRB應(yīng)由電池供電單元、主控制單元和信號(hào)收發(fā)" title="信號(hào)收發(fā)">信號(hào)收發(fā)單元三部分組成，其功能框圖如圖1。

　　EPRIB通過(guò)鍵盤(pán)和顯示設(shè)備與外界通信，并能實(shí)時(shí)地根據(jù)當(dāng)前的環(huán)境參數(shù)自動(dòng)做出相應(yīng)的控制。在EPRIB啟動(dòng)(分為自動(dòng)啟動(dòng)、人工啟動(dòng)和遙控啟動(dòng))后，它能將存儲(chǔ)器中的船只識(shí)別和注冊(cè)信息與GPS的定位信息相結(jié)合，利用406.028MHz的頻率發(fā)射出去，以供衛(wèi)星接收。
1.1 電池供電單元
　　EPIRB的電池要求能夠在5年內(nèi)有效，在發(fā)射信號(hào)過(guò)程中要能夠持續(xù)工作48小時(shí)。因此，選用高性能的鋰電池，電路的其他各個(gè)部分都要選用低功耗的元器件，以減少非工作狀態(tài)下的電能消耗。如果EPIRB不要求作遙控啟動(dòng)，應(yīng)將收發(fā)轉(zhuǎn)換單元和天線單元的供電在非緊急應(yīng)用時(shí)切斷，以減少電量消耗。
1.2 主控制器單元
　　主控制器單元由微控制器" title="微控制器">微控制器、鍵盤(pán)、顯示屏和傳感器組成。其中，微控制器是EPIRB的控制中心，負(fù)責(zé)所有信息的處理以及控制命令的發(fā)出。鍵盤(pán)采用簡(jiǎn)單的組合按鍵設(shè)計(jì)，盡可能用較少的按鍵輸入一些命令，控制EPIRB的啟動(dòng)和關(guān)閉。顯示屏能夠顯示一些工作狀態(tài)信息，如自動(dòng)檢測(cè)結(jié)果信息、電池容量信息等以供操作人員查看。在微控制器內(nèi)部的flash中，需要寫(xiě)入船只的識(shí)別碼和注冊(cè)信息，而船只的識(shí)別碼和注冊(cè)信息應(yīng)該能夠在產(chǎn)品完成生產(chǎn)之后寫(xiě)入。壓力傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量環(huán)境參數(shù)，并傳遞給微控制器，由微控制器根據(jù)環(huán)境參數(shù)做出相應(yīng)的判斷，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)啟動(dòng)的功能。
1.3 信號(hào)收發(fā)單元
　　信號(hào)發(fā)射和接收單元包括一個(gè)406.028MHz的信號(hào)發(fā)射機(jī)和一個(gè)GPS的信號(hào)接收機(jī)，另外還有天線及收發(fā)轉(zhuǎn)換單元組成。其整體框圖如圖2所示。