Гидроакустический пеленгатор

 

Изобретение относится к гидролокации и может быть использовано в навигационных системах для точного определения пеленга на источник импульсных сигналов в диапазоне углов 0-360°. Цель изобретения - повышение точности пеленгования сигналов во всем диапазоне измеряемых углов. Гидроакустический круговой пеленгатор содержит антенную решетку из двух групп преобразователей 1, расположенных вдоль взаимно перпендикулярных осей, первый и второй измерители 2 синуса угла прихода сигналов, первый и второй амплитудные модуляторы 3, генератор 4 квадратурных сигналов, схему В разности, первый и второй усилители-ограничители 6, первую и вторую схемы 7 выделения фронта, измеритель 8 временных интервалов, генератор 9 тактовых импульсов, преобразователь 10 кода. 2 ил.^^•ч! 00 О ОVIк>&

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s G 01 $15/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ преобразователь 10 кода. 2 ил.

О

СЭ

4 (21) 4886770/22 (22) 29.11.90 (46) 07.12.92. Бюл. М 45 (71) Ленинградский кораблестроительный институт и Научно-производственный кооператив "Рифт" при Ленинградском кораблестроительном институте (72) 8.И. Бычков, Ю.k. Корнеев, Б.А. Наумов и И.B. Постников (56) Европейский патент hh 0116777, кл. G 01 $3/80, 1984.

Патент США М 4622657, кл. G 01 S 3/80, 1986. (54) ГИДРОАКУСТИЧЕСКИЙ ПЕЛЕНГАТОР (57) Изобретение относится к гидролокации и может быть использовано в навигационных системах для точного определения пе Ж,, 1780072 А1 ленга на источник импульсных сигналов в диапазоне углов 0-360 . Цель изобретения — повышение точности пеленгования сигналов во всем диапазоне измеряемых углов. Гидроакустический круговой пеленгатор содержит антенную решетку из.двух групп преобразователей 1, расположенных вдоль взаимно перпендикулярных осей, первый и второй измерители 2 синуса угла прихода сигналов, первый и второй амплитудные модуляторы 3, генератор 4 квадратурных сигналов, схему 5 разности, первый и второй усилители-ограничители 6, первую и вторую схемы 7 выделения фронта, измеритель 8 временных интервалов, генератор 9 тактовых импульсов, !

780072

Изобретеиие относится к гидролгзкации и может быть исГ! Ол ьэО Вано В системах подводной нааигации для точного измерения углОБ на гидроакус гичес кие:Bs! ки или друГие источники сиГналоВ B сектор8 уГлОВ

0-З60 .

ИЭВРстны пеленГатОры, 068c!38÷èBBI0щие круговой обзор пространства, Выполненные с использованием многозлеме: ггных цилиндрических антенн, В которых поаорот акустического луч; 068спечиБается электронным упраВлением ггол Оу«Рни51 хара кте ристь! ки 1 а г1рс1 Бл8! Ности с помощью коммутатороВ! (Самойлоа Л.К.

Электронное упраеление характеристиками нап Равленности B!!TG!Il I, Л., C jJJOcòPOG нле, !987, с. 451

Нело! !аз ком TQI"H2! пеленга:0 20!2 яалBется необхОДимость ОольшОГО числа эломентаа и антенн, слож. iûõ и громоздких коммутаторов и схем управления.

Известны и другие пеленгаторы, обеспечива!Ощие ши!20кий cGKTOp 0630pB ilpOстранстВВ и использующие крестообраэну!О антенну!о решетку из трех элементов, размещенных, например., Б углах прямоугольного треугол! !!!.ка.

Однако тОчнОсть так Iх I I GJI GH !BTQPOB неБысока из-за малой величины акуст!лческой базы, состоящей из даух расположенных на ОднОЙ линии прием! .Икоа, которая НР преВышает Л/2, где л. — дли!!а Волны, Наиослее близким к предлагаемому изобретени!О техническим решением ï8ленгатора яаляется акустическая пеленгационная система, содержащQJI антенную решетку по меньшей мере из пяти а«устических преобразователей. разделенных на дее группы, Каждая иэ групп содержит не менее трех преобразователей (один из них может быть общим для двух групг!), Преобэраэоаатели, Входящие В раэли!ные группы, расположены Вдоль Взаим!!о перпендикуЛЯРНЫХ ОСЕЙ. БЫХОДНЫ8 CyrHBJILI ВСЕХ rIРЕобразователей пода отся на устройстао, которое измеряет Временной интервал ме>кду моментами прохожде!!Ия через ноль сигналоБ, принятых даумя преобразователями каждой1 IQpH В ДБух группах, На ООНОБВ11и и результатов измерений определяется TOT квадрантдля плоскости раэмещени решетки преобра3ОБателей В которо!:.1 IIQxoвится источник сиг!!алОВ, НедостаткОМ такОГО пеленгатора я(!ля

Ртся I!изкая точность пеленГОВания (с тОчнОстью до квадранта) источникоо сигналОВ В

СЕктарЕ yI JIOB 0 — ЗбО С

Целью изобретения яВляется ус ранение указанного недостатка, а именно повы5

ЗО

50 шение точности пеленгоаания сигналов Во

Всем диапазоне измеряемых углов, указанная цель достигается тем, что Б известное устройстВО, содер>кащее антенную решетку из двух групп преобразоаателей, каждая из которых содержит не менее трех преобразователей, расположенных

Вдоль двух взаимно перпендикулярных

Оспой, ВБедены ДБа измерителя синуса уГла прихода сигналоа HB линейной антенной решетке, Генератор каад!затур1-!ь!х си I!BJiOB, даа амг!литудных модулятора, схема р83!!0сти, даа усилителя-ограничителя, ДБ8 схемы

Быделенля фронта, измеритель Времен!Гых интервалОВ, генератор тактовых и 1!lyJII со» и поеоб!Заэоаатель кода, п Зичем БыхОДь! перьой группы преобразоаателей, расположенных вдоль одной оси, подклкзчены к Входам первого измерителя синуса угла прихода сиГнала, Вь!хОды ВтОрОЙ Группы преобразоаателей, расположенных Вдоль второй Взаимно перпендикулярной оси, подкл!очены к входам второго иэме,р!Iт8ля син>Jса j Гла IlpиходB сиГна ла, выходы обоих измерителей соединены с первыми Входами амплитудных модулятороа, Вторые Входы которых соединены соответственно с выходами генератора квадратурных сигналов, !Зыходы амплитудных модуляторов подкл!очены к входам схемы разности, Выход которой через пераый усилитель-ограничитель и перБую схему Выделения фронта подключен к первому входу измерителя Временных интерВалоВ, один иэ Выходоа генератора каадратурных сигналов также через второй усилитель-ограничитель и Втору!о схему Выделения фронта соединен с вторым Входом измерителя Временных MHTGpBQë0,3, третий

Вход которого подключен к Выходу IGHGpaТ0рВ тактовых и!1пульсов, а Выход йзмерителя Временных интервалоВ подкл!очен к

ВхоДу преобраэоаателя кОДа, Выход КОТоро

ro ЛВляется Выходом устройства, По сравнению с прототипом изобретение имеет ноаую совокупность существенных признаков, т.е. отвечает критерию ноаиэна

Предлагаемый пеленгатор отличается

TGi4 что Олагодаря ВВеденнь!м блОкам и сая эям обеспечивает точное пеленгование источника сигналов В кругоаом секторе углов, при этом, с одной стороны, используется

Бся BBGртура каждой иэ линейных антенных рец!еток, что позВоляет пеленговать источник сигнала с Высокой точностью, а с другой стороны, благодаря Вэаешенным оценкам угла прихода сигнала на каждой из линейных QHTGHH формируется суммарная оценка уГла, пОГрешность IoTopGA HG эааисит ÎT .780072

50 абсолютного значения угла. При этом пеленгование источника сигнала производится фаэовым методом, однако использование совместно информации с двух измерителей угла позволяет сформировать суммарную оценку угла, инвариантную к частоте принимаемого сигнала,при условии нахождения частоты сигнала в заданном наперед диапазоне частот, Данное обстоятельство черезвычайно важно, т.к. позволяет говорить о высокой точности пеленгатора беэ какой-либо дополнительной коррекции при работе по любому источнику сигнала, частота которого лежит в заданном диапазоне. При этом движение источника сигнала относительно приемной антенны не оказывает влияния на точность измерения угла.

Таким образом совокупность введенных блоков и связей обеспечивает повышение точности пеленгования в круговом секторе и позволяет утверждать, что предлагаемое изобретение соответствует критерию "существенные отличия".

Повышение точности пеленгования в круговом секторе углов обеспечивает повышение качества пеленгатора и уменьшение времени поиска источников сигналов и ориентации по ним подводного аппарата или другого подводно-технического средства.

Поэтому предлагаемое изобретение соответствует критерию "положительный эффект".

На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 — зпюры напряжений в различных точках структурной схемы, поясняющие ее работу.

Гидроакустический пеленгатор (фиг.1) содержит антенную решетку из:двух групп преобразователей 1, расположенных вдоль двух взаимно перпендикулярных осей, при этом выходы первой группы преобразователей, расположенных вдоль одной оси, подключены к входам первого измерителя 2 синуса угла прихода сигнала, выходы второй группы преобразователей 1, расположенных вдоль второй взаимно перпендикулярной оси, подключены к входам второго измерителя 2 синуса угла прихода сигнала, выходы обоих измерителей 2 соединены с первыми входами амплитудных модуляторов 3, вторые входы которых соединены соответственно с выходами генератора 4 квадратурных сигналов, выходы амплитудных модуляторов 3 подключены к входам схемы 5 разности, выход которой через первый усилитель-ограничитель 6 и первую схему 7 выделения фронта подключен к первому входу измерителя 8 временных интервалов, один из выходов

35 генератора 4 квадратурных сигналов также через второй усилитель-ограничитель 6 и вторую схему 7 выделения фронта соединен с вторым входом измерителя 8 временных интервалов, третий вход которого подключен к выходу генератора 9 тактовых импульсов, а выход измерителя 8 временных интервалов подключен к входу преобразователя 10 кода, выход которого является выходом пеленгатора, Реализация отдельных узлов гидроакустического кругового пеленгатора может быть выполнена следующим образом.

Измеритель временных интервалов может содержать триггер, выделяющий временной интервал между импульсами, приходящими по первому и второму входам, и счетчик, подсчитывающий число импульсов тактового генератора, заполняющих данный интервал времени.

Для формирования квадратурных сигналов в генераторе квадратурных сигналов достаточно использовать фазовращатель на л/2 на рабочей частоте генератора.

Измеритель синуса угла прихода сигнала на двухэлементной фаэовой антенне содержит фаэовращатель на л/2, усилители-ограничители, гетеродин и фазовый детектор. В таком измерителе производится нахождение оценок пространственной корреляционной функции на элементах антенны, затем модуляция найденных оценок соответствующими напряжениями генератора опорных функций и логическое умножение. В момент прихода сигнала на приемную антенну гидролокатора формируется с периодичностью колебаний низшей опорной частоты генератора опорных колебаний отметка (импульс напряжения), положение которой на периоде колебания низшей опорной частоты однозначно характеризует синус угла прихода сигнала.

Гидроакустические сигналы с выходов двух групп преобразователей 1, расположенных вдольдвух взаимно перпендикулярных осей, поступают на входы двух измерителей 2 синуса угла прихода сигнала, выходные сигналы которых подаются на первые входы аналоговых модуляторов 3.

На вторые входы аналоговых модуляторов 3 поступают выходные сигналы генератора 4 квадратурных сигналов, сдвинутые по фазе друг относительно друга на л/2. Выходные сигналы аналоговых модуляторов 3 вычитаются в схеме 5 разности, выходной сигнал которой через усилитель-ограничитель 6 и схему 7 выделения фронта поступает на первый вход измерителя 8 временных ин1780072 тервалов, на второй вход которого также через второй усилитель-ограничитель 6 и вторую схему 7 выделения фронта поступает сигнал с выхода генератора 4 квадратурных сигналов, который подавался на амплитудный модулятор 3, чье выходное напря>кение поступало со знаком минус на вход схемы 5 разности. На третий вход измерителя 8 временных интервалов подаются импульсы заполнения с выхода генератора 9 тактовых импульсов, а на выходной сигнал измерителя 8 временных интервалов поступает на вход преобразователя 10 кода, где преобразуется в необходимую форму и подается на выход устройства.

Таким образом на выходе схемы 5 разности формируется напряжение вида

U (t) =- sIn Q cos Q t cos Q sin Q t =

= sin (а — йt) т, к. si и (-а + 20 ) =- cas а, На фиг.2 приведены напряжения на входах генератора квадратурных сигналов 4, обозначенные как соз Qt u sin Я с, напряжения на выходах второго усилителя-ограничителя 6 и второй схемы 7 выделения фронта, напряжение на выходе схемы 5 разности, пропорциональное sin (0 - Qt) в частном случае, когда угол а = 45 . Кроме того, там же приведены соответствующие углу a =-45 напряжения на выходах первого усилителя-ограничителя 6 и первой схемы 7 выделения фронта. Интервал времени между соответствующими импульсами, поступающими на вход измерителя 8 временных интервалов, заполняется тактовыми импульсами (фиг.2), затем производится их подсчет и преобразование в требуемый код.

Необходимо отметить, что измерение синуса угла прихода сигнала на антенную решетку фазовым методом требует знания частоты принимаемого сигнала и расстояния между приемными элементами антенны. Если- второе из конструкции антенной решетки всегда известно, то частота принимаемого сигнала в ряде случаев может быть неизвестна. При этом соотношение d/À, где

d — расстояние между приемниками антенны; А — длина волны сигнала, входит в амплитуду напряжения на выходе измерителя синуса угла прихода сигнала. То есть, фактическая измеряется величина gd, где

g = К sin Q =- — s!nQ — пространственная

2 частота сигнала. Поэтому обеспечение кругового однозначного сектора приема на фазовой антенне возможно только при ограничении диапазона возможных частот принимаемых сигналов, которое определяется соотношением d/А S 0,5, для верхней частоты требуемого диапазона частот. При этом для d - ОЫ параметр ф меняется

5 от - x до л при изменении угла о на линейной антенне от(-90) до (+90) . И таким образом для любого угла прихода сигнала сохраняется однозначность измерения. В сторону понижения рабочей частоты сигна10 ла жестких ограничений нет, однако, чем ниже частота принимаемого сигнала, тем меньше будет амплитуда выходного сигнала измерителя синуса угла прихода (т.е. меньше gd) при фиксированном d, 15 При этом непосредственно момент перехода напряжения на выходе схемы 5 разности через нулевой уровень от уровня амплитуды sin а и соз а зависеть не будет, что позволяет точно измерять угол

20 без знания частоты входного сигнала.

Отсчет угла а в круговом пеленгаторе производится от акустической оси одной линейной антенны и диапазон однозначного измерения угла а составит 0 — 360 .

Потенциальная точность оценки пеленга на источник узкополосного сигнала с длиной волны Л может быть определена по формуле

D 7ã q таf." где 0 — максимальная линейная акустическая база пеленгатора;

q — отношение сигнал/помеха на входе:

Т вЂ” длительность импульсного сигнала;

Э5 h4 — полоса частот помех, и практически не зависит от угла прихода сигнала.

Так, для Э = 2 il, Т = 10 мс, Л fn = 5,0 кГц и ц = 1,0, (a = 10.

Измерение угла прихода сигналов осуществляется многократно за время длительности сигнала Т, т,к, частота Й генератора квадратурных сигналов выбирается такой, что

Та=- - «Т.

2л

Применение предлагаемого изобретения с повышенной точностью пеленгования в круговом секторе обзора дает возможность повысить эффективность действия

50 гидроакустических .навигационных систем при сокращении времени обзора пространства. Инвариантность к частоте flpLIHNMBOмаго сигнала обеспечивает совместимость пеленгатора с любыми маяками-ответчиками.

Формула изобретения

Гидроакустический пеленгатор, содержащий антенную решетку из двух групп пре80072

Р . 2

Составитель А. Зарубин

Редактор С. Кулакова Техред М.Моргентал Корректор Н. Король

Заказ 4436 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 обраэователей, каждая из которых содержит не менее трех преобразователей, расположенных вдоль двух взаимно перпендикулярных осей, о т л и ч.а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности 5 пеленгования сигналов во всем диапазоне измеряемых углов, в него введены два измерителя синуса угла прихода сигнала на линейной антенной решетке, генератор квадратурных сигналов, два амплитудных 10 модулятора, схема разности, два усилителяограничителя, две схемы выделения франта, измеритель временных интервалов, генератор тактовых импульсов и преобразователь кода, причем выходы первой группы 15 преобразователей, расположенных вдоль одной оси подключены к входам первого измерителя синуса угла прихода сигнала, выходь1 второй группы преобразователей, расположенных вдоль второй взаимно пер- 20 пендикулярной оси, подключены к входам второго измерителя синуса угла прихода сигнала, выходы обоих измерителей соединены с первыми входами амплитудных модуляторов, вторые входы которых соединены соответственно с выходами генератора квадратурных сигналов, выходы амплитудных модуляторов подключены к входам схемы разности, выход которой через первый усилитель-ограничитель и первую схему выделения фронта подключен к первому входу измерителя временных интервалов, один из выходов генератора квадратурных сигналов также через второй усилитель-ограничитель и вторую схему вы-деления фронта соединен с вторым входом измерителя временных интервалов, третий вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, а выход измерителя временных интервалов подключен к входу преобразователя кода, выход которого является выходом устройства.