Гидроакустическая станция освещения подводной обстановки

Гидроакустическая станция освещения подводной обстановки

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к гидроакустическим средствам освещения подводной обстановки с высокой разрешающей способностью. Благодаря высокому пространственному разрешению эти средства позволяют воспроизводить акустическое изображение подводных объектов с качеством, достаточным для их распознавания. Необходимым условием для обеспечения высокого пространственного разрешения является увеличение числа элементов антенны до ста и более.

Известно устройство освещения подводной обстановки, содержащее приемную и излучающую антенны, генератор излучаемых сигналов, устройство формирования характеристики направленности излучающей антенны, устройство формирования характеристики направленности приемной антенны и устройство обработки принятых сигналов. (Патент РФ №2393503, МПК G01S 15/00 от 12.05.2009 г.). Реализация на основе этого устройства станции с высоким разрешением наталкивается на следующие проблемы. Разделение излучающей и приемной антенн в силу большого числа элементов в каждой из них приводит к увеличению размеров и удорожанию системы в целом. Кроме того, формирование характеристики направленности излучения для каждого направления наблюдения и, следовательно, последовательный характер обзора пространства из-за ограниченной скорости распространения звука приводит к существенному увеличению времени обзора всего пространства.

Известна система активной гидролокации гидроакустической станции (ГАС), содержащая излучающую и приемную акустические антенны, генераторное устройство, последовательно соединенные устройство формирования характеристик направленности в приеме и устройство обработки эхосигналов от цели (Справочник по гидроакустике. А.П. Евтютов, А.Е. Колесников и др. 2-е изд. - Л.: Судостроение, 1982, с.13). При использовании слабонаправленной излучающей антенны обзор заданного сектора обзора может производиться всего за одну посылку зондирующего сигнала. Однако использование разнесенных приемной и излучающей антенн при большом числе элементов увеличивает размеры и стоимость антенного блока и гидролокатора в целом.

Известна гидроакустическая станция контроля подводной обстановки, включающая приемно-излучающую антенну, генератор, коммутатор, через который генератор подключен к приемно-излучающей антенне, надводный блок обработки и визуализации и подводный кабель, соединяющий приемно-излучающую антенну с надводным модулем обработки и визуализации. Приемно-излучающая антенна станции имеет форму цилиндра, что обеспечивает круговое освещение подводной обстановки, однако в случае необходимости обеспечения высокого пространственного разрешения лишь в ограниченном секторе углов размещение элементов антенны по всей окружности является избыточным и приводит к существенному увеличению размеров антенны. (Ю.А.Корякин, С.А. Смирнов, Г.В. Яковлев. Корабельная гидроакустическая техника. Состояние и актуальные проблемы. Санкт-Петербург, Наука, 2004 г., с.343).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению (прототипом) является известная гидроакустическая система освещения подводной обстановки, содержащая размещенные в герметичном корпусе антенный блок, блок генерации излучаемого сигнала, блок обработки принятого сигнала, а также размещенный в герметичном корпусе блок графического отображения акустического изображения, соединенный кабельной линией связи с выходом блока обработки принятого сигнала, при этом антенный блок содержит излучающую и приемную многоэлементные решетки в виде взаимно перпендикулярных линеек, блок генерации излучаемого сигнала содержит последовательно соединенные генератор, многоотводную линию задержки и многоканальный усилитель, выход которого соединен с излучающей многоэлементной решеткой, блок обработки принятого сигнала содержит последовательно соединенные с выходом приемной антенной решетки приемный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, формирователь характеристик направленности и блок вычисления корреляционной функции (Патент РФ №2457145, МПК G01S 15/02, от 20.01.2011 г.).

Недостатком этого устройства является малая скорость обзора всего сектора из-за последовательного характера его облучения узким лучом и относительно малой скорости распространения звука в воде. Кроме того, наличие разнесенных приемной и излучающей антенн увеличивает размер антенного блока, а неучет кривизны фронта волны на апертуре приемной антенны ограничивает ее размеры и, следовательно, угловую разрешающую способность.

Техническим результатом изобретения является увеличение скорости обзора пространства, увеличение разрешающей способности по углу, а также упрощение конструкции антенного блока.

Технический результат достигается за счет того, что в гидроакустической системе освещения подводной обстановки, содержащей подводный модуль в виде герметичного корпуса, в котором размещены антенный блок, блок генерации излучаемого сигнала, содержащий последовательно соединенные генератор, многоотводную линию задержки и многоканальный усилитель, и блок обработки принятого сигнала, включающий последовательно соединенные блок приемных усилителей и блок аналого-цифровых преобразователей, а также блок обработки и графического отображения, соединенный кабельной линией связи с выходом подводного модуля, антенный блок выполнен в виде многоэлементной линейной антенны с совмещенными режимами излучения и приема, при этом подводный модуль снабжен многоканальным коммутатором, включенным между линейной антенной, многоканальным усилителем и блоком приемных усилителей, блоком управления, вход которого соединен с выходом блока аналого-цифровых преобразователей, а выход соединен с входом генератора, и интерфейсом, включенным между блоком управления и кабельной линией связи, причем блок обработки и графического отображения выполнен в виде надводного модуля, включающего последовательно соединенные с выходом интерфейса блок распаковки, блок фокусирующих задержек, блок формирователей характеристик направленности, блок корреляторов и графический дисплей.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Гидроакустическая станция освещения подводной обстановки состоит из подводного модуля 1, в состав которого входят антенный блок в виде линейной многоэлементной антенны 2, многоканальный коммутатор сигналов 3, в режиме излучения подключающий к элементам антенны последовательно соединенные генератор сигналов 8, блок линий задержки 7 и усилители мощности, а в режиме приема - последовательно соединенные блоки усилителей сигналов 4, аналого-цифровых преобразователей 5 и управления 9, который через интерфейс 10 и подводный кабель 11 передает оцифрованный сигнал на надводный модуль обработки и графического отображения 12. Блок управления 9 формирует также синхроимпульс для запуска генератора 8. Надводный модуль обработки и графического отображения 12 содержит последовательно включенные блок распаковки сигналов 13, блок линий задержки 14, блок формирователей характеристик направленности 15, блок корреляторов 16 и графический дисплей 17.

Устройство работает следующим образом. По команде, формируемой надводным модулем обработки и графического отображения 12 и передаваемой через подводный кабель 11 и интерфейс 10 на подводный модуль 1, блок управления 9 вырабатывает синхроимпульс, который инициирует формирование генератором 8 излучаемого сигнала. Сформированный сигнал подается на вход блока линий задержки 7. По существу, блок является многоотводной линией задержки, но время задержки между соседними отводами линейно возрастает, начиная с нуля, на одну и ту же величину At. Значение времени задержки At определяется по формуле:

где d - шаг между элементами излучающей антенны;

Δφ - требуемая ширина сектора облучения;

с - скорость звука в воде;

m - целое число, определяемое количеством элементов антенны N:

где функция Е() вычисляет целую часть аргумента.

Сигналы с выхода блока линий задержек через усилители мощности 6 и многоканальный коммутатор 3 подключаются к элементам антенны 2. Модельные и натурные измерения сформированного таким образом излучения показали равномерность его интенсивности в пределах 3 дБ во всем секторе Δφ, в том числе и в ближнем поле антенны. Обработка сигналов в надводном модуле включает распаковку принятых с подводного модуля сигналов по элементам антенны в блоке 13, компенсацию в блоке 14 временных задержек, обусловленных кривизной фронта волны на апертуре антенны при приеме сигнала от источника с выбранного расстояния R_Ф, последующее формирование веера характеристик направленности в блоке 15 и вычисление в блоке 16 модуля корреляционной функции, принятого в каждом сформированном канале с излучаемым сигналом. Совокупность полученных оценок модуля корреляционной функции отображается на графическом дисплее 17 в декартовой системе координат.

Благодаря фокусировке антенны в режиме приема длину антенны и, следовательно, ее разрешающую способность можно увеличивать практически неограниченно. При этом применение по описанной выше процедуре дополнительных линий задержки в режиме излучения позволяет облучить весь заданный сектор обзора за одну посылку зондирующего сигнала, что существенно сокращает время обзора.

Гидроакустическая система освещения подводной обстановки, содержащая подводный модуль в виде герметичного корпуса, в котором размещены антенный блок, блок генерации излучаемого сигнала, содержащий последовательно соединенные генератор, многоотводную линию задержки и многоканальный усилитель, и блок обработки принятого сигнала, включающий последовательно соединенные блок приемных усилителей и блок аналого-цифровых преобразователей, а также блок обработки и графического отображения, соединенный кабельной линией связи с выходом подводного модуля, отличающаяся тем, что антенный блок выполнен в виде многоэлементной линейной антенны с совмещенными режимами излучения и приема, при этом подводный модуль снабжен многоканальным коммутатором, включенным между линейной антенной, многоканальным усилителем и блоком приемных усилителей, блоком управления, вход которого соединен с выходом блока аналого-цифровых преобразователей, а выход соединен с входом генератора, и интерфейсом, включенным между блоком управления и кабельной линией связи, причем блок обработки и графического отображения выполнен в виде надводного модуля, включающего последовательно соединенные с выходом интерфейса блок распаковки, блок фокусирующих задержек, блок формирователей характеристик направленности, блок корреляторов и графический дисплей.