Resposta relativamente curta

Cospas-Sarsat: viável, mas ...

É possível, mas há muitos elementos individuais envolvidos. É uma questão de probabilidade que na maioria das vezes haja uma combinação que impeça o link de funcionar. Se você sabe o que fazer e cuida de garantir uma boa linha de visão (LOS), você poderá evitar algumas dessas combinações. Não pode funcionar debaixo d'água.

Os parâmetros que podem atenuar o sinal que chega ao receptor de satélite são de diferentes origens:

• O projeto da aeronave em si (materiais compósitos ou alumínio, número de janelas, ...)
• A localização do acidente (canyon, árvores, ...)
• O uso do transmissor (posição, proximidade da janela, superfície metálica ou interferência de detritos, proximidade do corpo, ...)

Não estou ciente dos resultados do experimento para usar um PLB dentro de um contêiner metálico como uma cabine de aeronave comercial. Ainda é possível avaliar a perda do canal de RF em diferentes configurações e ver se o sinal pode alcançar o receptor com o nível mínimo necessário.

Conforme explicado nas próximas seções sobre os satélites Sarsat do serviço SAR internacional em 406 MHz:

• O limite para a recepção do sinal pelo receptor é 161 dBW.
• Com uma potência inicial de 7 dBW (5 W), a atenuação deve ser no máximo 168 dB
• Em boas condições, podemos esperar uma atenuação de "apenas" 148.1 dB. Esse sinal 12.9 dB é mais forte que o limiar pode ser detectado facilmente.
• Em condições degradadas, podemos experimentar uma atenuação de 177.5 dB. Sendo 9.5 dB abaixo do limite, este sinal não é detectado.

A transmissão interna coloca o sistema em seus limites de capacidade de detecção (uma unidade S-meter é 6 dB).

^{O sinal fraco em um medidor S, unidade S, é 6 dB (fonte)}

Muitas pequenas atenuações fazem com que, quando somadas, possam impedir que o link para o trabalho deva ser levado em consideração, portanto, essa resposta é longa.

SPOT LLC

A solução SPOT LLC mencionada é uma iniciativa comercial de mensagens que trabalha no 1.6 GHz, fora do sistema Cospas-Sarsat. Maior frequência significa maior atenuação. A saída limitada de RF 0.4 W também torna o sinal mais fraco. É muito improvável que o SPOT funcione dentro da cabine.

Detalhes

Introdução: princípios do PLB

O PLB de emergência opera em 406 MHz. A frequência civil anterior 121.5 MHz não é mais monitorada pelos satélites SAR, mas pode ser usada (além do sinal real em 406 MHz) como um guia de retorno para a equipe SAR. Eles são informados sobre se esse recurso de retorno está ativo ou não pela mensagem enviada pelo PLB.

• A potência de saída do PLB é 5 W (equivalências: 7 dBW 37 dBm) a 406 MHz, na polarização vertical.

• A partir de C / S T.004, o desempenho do sistema de satélite é:

  1. Um "probabilidade melhor que 95% para fornecer uma solução válida (identificação hexa 15 fornecida) para um farol transmitindo com uma potência de saída 37 dBm (com uma antena chicote) e para satélites com elevação acima do 5 °)"
  2. Um "probabilidade melhor que 95% para fornecer um local Doppler com uma precisão melhor que km 5"

• Não há satélites inteiramente dedicados ao serviço SAR, mas os receptores de sinais de socorro são transportados como uma das cargas úteis a bordo dos satélites. O sistema é composto de duas constelações:

  1. Constelação GEOSAR, SAR da órbita geoestacionária da terra. Esses satélites estão em posições fixas, a 36,000 km acima do equador, e estão cobrindo o globo, exceto as regiões polares.

  2. LEOSAR, SAR com órbita baixa na terra. Satélites em quase polar (cerca de 85 °). O LEOSAR é composto por duas subconstelações: satélites Sarsat orbitando a km 850 e satélites Cospas orbitando a km 1,000.
     
     
     ^(fonte)

• Uma terceira constelação está planejada para operar em uma altitude mais alta que a LEOSAR (MEOSAR, atualmente não totalmente implantada).

• Embora seja provável que o GEOSAR seja o primeiro a detectar a ativação do PLB devido à sua LOS permanente, o LEOSAR fornecerá a melhor detecção devido à menor distância do dispositivo.

Vou me concentrar na carga útil LEOSAR / Sarsat, que oferece as melhores chances para a detecção de um sinal PLB parcialmente bloqueado por obstáculos impermeáveis ​​à RF.

Cargas úteis Sarsat

Os satélites que transportam uma carga útil LEOSAR Sarsat são NOAA 15 (Sarsat 7), NOAA 18 (Sarsat 10), NOAA 19 (Sarsat 12). Outros estão programados para serem ativos no futuro (alguns podem já estar, eu não verifiquei). Eles estão equipados com um receptor SAR (processador de busca e salvamento, SARP). Os satélites Sarsat podem ser rastreados em N2YO.com.

De acordo com a Padrão de Comissionamento do Segmento Espacial Cospas-Sarsat LEOSAR - C / S T.004, um SARP-2 possui uma sensibilidade de -161 dBW e SARP-3 -164 dBW (trata-se do 60 attowatts para ser comparado com um celular celular: -134 dBW, 1,000 vezes menos sensível).

Essa pequena quantidade pode ser entregue ao SARP a partir do interior de uma cabine? .. É uma questão de conhecer a potência inicial e determinar a perda ao longo do caminho da onda até que o sinal chegue ao receptor.

A energia gerada pelo amplificador do transmissor é 5 W ou 7 dBW. 161 dBW no receptor significa receber um sinal 1 W que foi atenuado pelo 161 dB. Se já tivermos o 7 dBW na fonte, podemos suportar uma atenuação máxima de 168 dB.

Inventário principal de perdas

Perda de propagação na visão direta

A parte mais importante do sinal será perdida na atmosfera entre a antena do PLB e a antena do SARP.

^{Perda devido à distância}

A perda depende de dois fatores: distância e comprimento de onda. Ambos os fatores limitam a área da antena receptora em comparação com toda a esfera da frente da onda e, em conseqüência, a porção de energia recebida também é menor.

• Usando o modelo de propagação ITU-R P.525 (propagação de espaço livre).
• Distância = 850 km, f = 406 MHz.
• Assumindo antenas isotrópicas por ora.
• De acordo com o modelo, a perda (dB) é:
  Lbf = log 20 (4πd / λ)
. = 32.4 + 20 log (f) + 20 log (d)
. = Log 32.4 + 20 (406) + log 20 (850)
. = 143 dB

O sinal que saiu da antena PLB atinge a antena SARP -143 dB mais fraca, assumindo o melhor alinhamento da antena. Mas isso nunca é o caso, porque, quando em órbita polar, é improvável que o satélite esteja exatamente acima do farol.

Desalinhamento da antena receptora

Haverá um ângulo entre o nadir do SARP e o farol. Esse ângulo fora do nadir depende da trilha real do satélite para a órbita atual:

^{Alvo fora do nadir}

O ganho da antena varia de acordo com este ângulo. Padrão de ganho da antena de recepção Sarsat-TIROS SARP (UDA):

^{Ganho da antena UDA em diferentes ângulos off-nadir (fonte)}

Assumindo o polarização for favorável (RHCP), o ganho pode variar entre + 2 dB e -10 dB. Observe que:

• O ganho é melhor quando o ângulo off-nadir é grande. É provável que isso compense a maior distância do farol.

• Assumirei um comprimento de link por km 850, mas o comprimento real é maior quando o farol não está diretamente no nadir do satélite.

Devemos agora trabalhar com a distribuição de probabilidade do desalinhamento das antenas LEOSAR para ter toda a gama de possibilidades e sua probabilidade (por exemplo, Monte-Carlo simulação). Para simplificar, vamos apenas usar um caso ruim: -4.4 dB (esse não é o pior possível). Perda até agora: -147.4 dB (-143 - 4.4).

Atenuação devido ao alimentador e duplexador

No satélite, o SARP é conectado a uma antena através de um duplexador para isolar a antena de uplink SARP do sinal de downlink SARR (repetidor SAR usado no modo local, não detalhado aqui):

^{Hardware no satélite Sarsat (fonte)}

A perda do duplexador + do alimentador é -1.6 dB. Perda até agora: -149 dB (-147.4 - 1.6).

Margem de perda restante

Tínhamos um orçamento para a perda de -168 dB, usamos -149 dB. A margem até que o sinal PLB seja perdido pelo SARP é 19 dB, assumindo que estamos nesta configuração:

1. O PLB é externo.
2. O LOS é completamente limpo, sem folhagem, sem teto, etc.
3. A antena PLB não possui ganho / perda (ganho 0 dB).
4. A antena PLB é vertical, esse é o uso normal do dispositivo SAR.
5. Antena PLB e estágio de saída RF correspondência de impedâncias (sem SWR).
6. Não há perda atmosférica (espaço livre)

Perdas adicionais

É hora de repensar a suposição feita até aqui e levar em conta os efeitos adicionais encontrados quando o PLB é usado na cabine de uma aeronave acidentada.

1. O PLB é externo.

   • Na verdade, o PLB está atrás de uma janela da cabine.

   • A partir de Arkema:
     "A maioria das formulações de chapas de acrílico incolor transmitem prontamente transmissão padrão, televisão e a maioria das ondas de radar do espectro eletromagnético". Pode-se supor que as janelas (incluindo a folha de proteção interna) não bloqueiam o sinal PLB. Perda = 0 dB.

   • Na cabine, inúmeras reflexões ocorrerão na parede e, devido ao espaço fechado com apenas pequenas janelas, é provável que os sinais refletidos globalmente interfiram de maneira destrutiva (incompatibilidade de fase) com o sinal original.

   • Se o PLB for deslocado, mesmo que em pequena quantidade, os reflexos serão alterados. A energia de RF realmente varia continuamente, criando um desbotando efeito. As reflexões foram estudadas em ambientes de alguma forma comparáveis, para frequências UHF. Embora a frequência tenha sido um pouco maior e o ambiente seja simples, podemos usar os resultados para uma ordem aproximada de magnitude:
     
     
     ^{Perda do sinal RFID (915 MHz) devido a reflexões (fonte)}
     O desbotamento espacial é visível, em algumas distâncias os sinais refletidos acrescentam, em outras eles subtraem. Essa perda também é conhecida como multipath efeito. O sinal pode ser atenuado pelo 10 dB ou mais em comparação com o espaço livre.

   • Cada reflexão também tem o potencial de alterar a polarização. Veja o próximo ponto.

2. A antena PLB é vertical, esse é o uso normal do dispositivo SAR.

   • A polarização da antena do transmissor e do receptor deve corresponder ou ocorre uma atenuação. A polarização de uma antena descreve o plano no qual o campo elétrico é transmitido. Para uma antena simples, composta de um único elemento ativo, o campo elétrico é enviado no plano do elemento:
     
     
     ^{Ondas polarizadas vertical e horizontalmente (fonte)}

   • A polarização vertical cria menos reflexão no solo, o que geralmente é o desejado, portanto, um PLB cria uma polarização vertical, mas somente se a antena for mantida na vertical, a polarização seguirá a orientação da antena.

   • Para lidar com polarizações lineares verticais e horizontais lineares e tudo mais, a antena SARP foi projetada para ser polarizada circularmente e é capaz de receber ambas em boas condições, mas não em condições ideais:
     

     linearly polarized antennas will work with circularly polarized antennas and vice versa. However, there will be up to a 3 dB loss in signal strength. In weak signal situations, this loss of signal may impair communications (source).

   • A antena no satélite deve ser assim:
     
     
     ^{Antena helicoidal polarizada circularmente (fonte)}

3. O LOS é completamente limpo, sem folhagem, sem teto, etc.

   • De fato, se houver um obstáculo metálico no LOS e não há possibilidade de reflexões (sem furo na cabine metálica), nenhum sinal é transmitido. Isso poderia acontecer se o PLB estivesse cercado por detritos metálicos dos destroços do avião.

   • Caso contrário, há um volume (o Zona de Fresnel) entre o transmissor e o receptor que deve estar livre de obstáculos. Esta zona é um elipsóide em torno do LOS. Se houver obstáculos, haverá difração e reflexão. A difração dispersa o sinal (não é necessário ter cantos na ponta da faca) e a reflexão o desvia, o que poderia ser um efeito positivo quando não há um LOS claro.

   • Vegetação densa ou folhagem pesada no LOS: Há água nas plantas, ocorre uma perda, geralmente maior que 0.1 dB / m em 406 MHz. Podemos usar modelos para avaliar a atenuação:
     
     
     ^{(Fonte, página 155)}
     
     Exemplo: a aeronave caiu em uma floresta. A aeronave é cercada por árvores 25 m, exceto na direção de onde veio.
     
     Os satélites baixos no horizonte não serão acessíveis: os satélites GEOSAR sobre o equador geralmente são baixos no horizonte quando vistos em latitudes médias, e algumas órbitas do LEOSAR serão ocultadas pelas árvores devido à perda superior a -15 dB assim que o a profundidade da folhagem é 50 m (profundidade inclinada). Essa profundidade pode ser encontrada rapidamente, deixando um pequeno campo de visão livre de uma janela (porém, seria maior para o para-brisa):
     
     
     ^{Trincheira de árvore criada pelo pouso forçado em uma floresta}

4. Antena PLB não possui ganho / perda (Ganho de 0 dB).

   • Este é provavelmente o caso de muitos PLB. A antena PLB parece ser um chicote 1 / 4 λ encurtado. As antenas são medidas contra uma antena hipotética perfeita (antena isotrópica) e a taxa de amplificação é expressa em dBi (dB comparando com isotrópico). dBi e dB são equivalentes na discussão atual, pois a antena isotrópica tem um ganho de 0 dB.

5. Antena PLB e estágio de saída RF correspondência de impedâncias (sem SWR).

   • Para que a corrente de saída do amplificador de RF do PLB seja irradiada inteiramente pela antena, a impedância de saída do PLB e a impedância da antena devem ser iguais. Assim que há uma incompatibilidade, uma parte da corrente de RF não é convertida em uma onda eletromagnética e retorna ao amplificador, misturando-se com a corrente que flui na outra direção. O resultado é o aparecimento de ondas estacionárias no dispositivo PLB. A proporção de SW é chamada de forma inteligente Relação SW (SWR). Os PLB são declarados com um SWR menor que 1.5 ou 2 em suas especificações. o perda correspondente é 0.2 e 0.5 dB. Não muito.

   • A impedância da antena varia muito assim que a antena não estiver em um espaço livre. Uma causa comum é que uma parte do corpo (contendo água) está perto da antena ou em contato com ela. Isso poderia facilmente levar a uma perda de 10 dB. A eficiência radiativa da antena (ganho) também sofre: Tocar na antena é como deformar. Suas características são alteradas. Por exemplo, não é mais otimizado para a frequência do sinal irradiar. Portanto, além da aparência do SW, a corrente que atinge o radiador também é pouco convertida em ondas. No seu cenário, é importante usar o PLB como pretendido, a antena sendo desobstruída.

6. Não há perda atmosférica (espaço livre).

   • Esse é outro efeito difícil de estimar, pois varia com a hora do dia, os aspectos climáticos e a atividade solar.

   • O oxigênio e o vapor de água desempenham um papel importante. De ITU-R P.676-10:
     
     ^{Atenuação em dB por km (fonte)}
     
     Parece que para a UHF a absorção é bastante limitada, então vamos ignorá-la.

   • Outras perdas são devidas a atividades elétricas esporádicas na ionosfera. Eles são mais difíceis de estimar e se traduzem em ruído, em vez de atenuar o sinal recebido pelo SARP. Outros elementos, como a capacidade do SARP de rejeitar ruídos, também precisam ser considerados.

   • As anomalias da ionosfera podem potencialmente introduzir erros na localização do Doppler.

Ponto de partida

Vamos recapitular as perdas que discutimos:

 - Incompatibilidade de impedância / SWR: -0.5 dB - Ganho da antena do transmissor: + 0 dB - Reflexo na cabine: -0 a -10 dB (centro). - Janela da cabine: -0 dB - Obstrução de Fresnel e árvores: -0 a -15 dB - Perda de espaço livre: -143 dB - Absorção pelos gases atmosféricos -0 dB - Outras perdas de propagação: Não avaliado. - Ângulo fora do nadir: -0 a -4.4 dB - Incompatibilidade de polarização linear para circular: -3 dB - Duplexador de satélite: -1.6 dB Aceitável: -168 dB Melhor caso: -148.1 dB Pior caso: -177.5 dB

O pior caso é encontrado quando:

• O PLB experimenta o nível mais alto de ondas refletidas. Isso pode ser eliminado estando muito perto da janela e protegendo o restante da cabine com algo metálico, mas não muito próximo.

• O elipsóide de Fresnel é bloqueado por árvores. Não há muita liberdade aqui. Espera-se que o LEOSAT tenha órbitas com altitude suficiente para ficar fora dos obstáculos. Se a aeronave estiver realmente coberta por uma folhagem profunda, não há muita chance de um link bem-sucedido.

• A aeronave está no ponto mais baixo do satélite. A antena SARP é otimizada para locais fora do nadir (não há certeza de que os locais fora do nadir serão melhor servidos, devido ao aumento da distância inclinada, que precisaria ser verificada). Pena que a aeronave esteja em uma floresta.

Observe que transportar um localizador pessoal não causa um problema de segurança, pois não é transmitido antes de ser ativado. A ativação será manual (geralmente para PLB) ou detectando uma grande aceleração (parece limitada ao ELT). Não sei se os seguranças do aeroporto vão deixar você embarcar com um transmissor. Deve ser mais fácil convencer os pilotos.

Caso de um dispositivo SPOT

Comparado aos inúmeros documentos que descrevem o serviço SAR financiado pelo governo no 406 MHz, o SPOT é uma solução mais confusa.

Isso não está relacionado a SPOT, a família de satélites de observação construída pela Astrium. O GEOS IERCC (Centro Internacional de Coordenação de Resposta a Emergências) não tem vínculo com o Família de satélites GEOS lançado pela Nasa há algumas décadas. Também não é GOES, os satélites geoestacionários que suportam o GEOSAR.

Globalstar é uma grande empresa de telefonia via satélite que possui satélites. SPOT LLC é uma subsidiária da Globalstar que fornece links de dados de satélite e conjuntos relacionados para mensagens e comunicações de voz. Aliança GEOS lançou um serviço de assistência de propriedade privada com base nos recursos do SPOT. Os serviços da GEOS-Alliance são vendidos on-line e por revendedores.

No site do SPOT:

SPOT Gen3 provides location-based messaging and emergency notification technology that allows you to communicate from remote locations around the globe. It offers custom tracking interval options, motion-activated tracking, long-life battery and more.

Em resumo:

• Em vez de comprar um transmissor SAR e depois ter o serviço gratuitamente, o assinante da GEOS-Alliance recebe um transmissor e paga uma taxa anual.

• Em vez de ter o dispositivo SAR conectado às organizações SAR em todo o mundo através do LUTs e MCCs / RCCs, o assinante está conectado ao GEOS, que liga para os serviços de emergência locais em seu nome.

A tecnologia por trás:

• O SPOT / Globalstar parece usar a espaçonave LEO a 1,414 km em vez de 850 km para Sarsat, com uma inclinação 52 ° em vez de 85 °, o que significa que sua cobertura pode ser reduzida.

• Os mensageiros SPOT são limitados ao 0.4 W em vez do 5 W para Sarsat, talvez por causa de regulamentos, pois eles podem ser usados ​​sem realmente sinalizar uma situação de perigo.

• A frequência da Globalstar usada é 1.6 GHz, em vez de 406 MHz para Sarsat.

Parece que essas três diferenças técnicas não tornarão os dispositivos SPOT tão eficientes quanto o Sarsat:

• Usando o mesmo ITU-R P.525: Lbf = log 20 (4πd / λ) fornece uma perda de espaço livre de 159 dB antecipadamente, para ser comparada com o 143 dB para Sarsat (diferença: -16 dB).
• 0.4 W = -4 dBW em vez de 7 dBW para Sarsat (diferença: -11 dB).
• Podemos adicionar uma perda de 1 dB para a absorção da atmosfera nessa frequência.

Se não estou errado, isso já é uma diferença de -28 dB no receptor. Ele deve ser muito sensível ou ser apreciado como antenas de alto ganho para competir com a SAR operada pelo governo. Isso não será feito dentro da cabine de uma aeronave com um LOS limitado, e às vezes isso parece até não funciona bem no espaço aberto.

Documentos de referência

• C / S A.003: Monitoramento e geração de relatórios do sistema Cospas-Sarsat
• C / S G.003: Introdução ao sistema Cospas-Sarsat
• C / S G.004: Glossário Cospas-Sarsat
• C / S G.006: Avaliação do sistema Cospas-Sarsat
• C / S G.008: Requisitos operacionais para a segunda geração Cospas-Sarsat. Sinalizadores 406 Mhz
• C / S T.001: Especificação para faróis de emergência Cospas-Sarsat 406 MHz
• C / S T.003: Descrição das cargas úteis utilizadas no sistema Cospas-Sarsat LEOSAR
• C / S T.004: Padrão de comissionamento do segmento espacial Cospas-Sarsat LEOSAR
• C / S T.011: Descrição das cargas úteis 406 Mhz usadas no sistema Cospas-Sarsat GEOSAR

Mais documentação do Sarsat: Site Cospas-Sarsat

eu tenho um Sinalizador SPOT que uso em aventuras ocasionais: principalmente pilotar pequenos aviões e caiaques. Mas é pequeno o suficiente, geralmente eu carrego comigo quando viajo em comerciais.

Como se conecta aos satélites, ninguém precisa estar por perto para "ouvi-lo". Eu posso pressionar o botão SOS em qualquer lugar do mundo e pedir ajuda.

Existem algumas partes remotas do oceano em que não há uma boa cobertura via satélite (consulte o mapa de cobertura), mas geralmente pode ajudar em caso de emergência.

Não sei se esse dispositivo funcionaria de dentro de um avião comercial. Sei que consegui obter sinais de GPS pressionando um receptor de GPS contra uma janela da cabine, mas é lento adquirir a trava de GPS. Não sei se poderia transmitir para a rede de satélites através da janela da cabine.

Esses beacons de localização pessoal realmente operam através do sistema Cospas-Sarsat de beacons internacionais de busca e resgate, nada a ver com o Iridium, que é um sistema comercial. Sabe-se que eles transmitem um sinal perfeitamente bem através de coisas como um armário de metal trancado no porão de uma casa com a antena retraída e ainda solicitam ajuda, nesse caso por erro.

Os ELTs normalmente não usam GPS. Existem dispositivos de relatório GPS mais recentes que usam GPS, embora eles custem mais. Eles trabalham dentro de veículos porque o sinal passa pela janela. Os aviões comerciais geralmente têm o 2, um na cauda e outro portátil em um armário ou caixa à frente. Sinta-se livre para trazer um saco deles a bordo. Não ative acidentalmente ou você vai irritar as pessoas. Eles são projetados para trabalhar na água e são ativados automaticamente quando submersos.

Não, eles não podiam. Os beacons EPIRB têm um alcance muito curto; quando você recebe um sinal, você também recebe um sinal dos beacons, por exemplo, no gravador de dados de voo.
Você parece (como muitas pessoas) com a impressão de que os receptores de GPS enviam sua localização para o satélite, que a envia para algum centro de dados onde pode ser recuperada. Isto está incorreto. O dispositivo lê apenas da rede de satélites, calculando sua posição com base nos sinais dos satélites. E então usa um transmissor de rádio de curto alcance ou uma rede de celular para transmitir esse local para as partes interessadas. Mas é claro que no meio do nada não há torres de celular e um rádio de curto alcance não ajuda se o destinatário mais próximo estiver longe.
Em uma pista de esqui, não há problema, pois você está na civilização e não está longe de ajudar. No meio do oceano, é inútil.