Система гидролокации целей в условиях мелководья



Система гидролокации целей в условиях мелководья
Система гидролокации целей в условиях мелководья
Система гидролокации целей в условиях мелководья

 


Владельцы патента RU 2461844:

Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Специальное Научно-производственное объединение "Элерон" (ФГУП "СНПО "Элерон") (RU)

Изобретение относится к области гидролокации и предназначено для обнаружения подводных целей в прибрежных мелководных областях. Предложенная система гидролокации целей может быть использована при охране береговых объектов или судов на стоянке со стороны водной среды, контроле подводной обстановки и состояния подводных сооружений, входов в бухты и порты, мостов, каналов, акваторий гидро- и атомных станций. В предложенной системе гидролокации целей излучение низкочастотных зондирующих сигналов формируют путем нелинейного преобразования частот в излучателе. При этом прием отраженных от подводных целей низкочастотных зондирующих сигналов ведут на отнесенные от излучателя приемники, располагаемые в секторе облучения между излучателем и удаленными целями, и регистрируют в электронном комплексе обработки данных времена прихода на приемники прямых и отраженных от целей зондирующих сигналов, отсчитываемые относительно момента излучения. Техническим результатом настоящего изобретения является увеличение дальности обнаружения подводных целей в условиях мелководной среды и определение местоположения и параметров движения обнаруженной цели. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области гидролокации и предназначено для обнаружения подводных целей в прибрежных мелководных областях.

Предложенная система гидролокации может быть использована при охране береговых объектов или судов на стоянке со стороны водной среды, контроле подводной обстановки и состояния подводных сооружений, входов в бухты и порты, мостов, каналов, акваторий гидро- и атомных станций.

Недостатком известных систем гидролокации для этих целей в условиях мелководья являются ограничения по дальности обнаружения целей, обусловленные значительным спадом энергии зондирующего сигнала и отраженных от цели сигналов при распространении в водном слое из-за поглощений в воде и при отражениях звука от дна и водной поверхности.

Поскольку указанные потери резко возрастают с частотой, одним из известных методов их уменьшения является снижение частоты зондирующего сигнала, однако при этом сложно обеспечить достаточно узкую ширину диаграммы направленности (ШДН) зондирующего излучения в вертикальной плоскости, необходимую для работы в условиях тонкого водного слоя при сохранении малых размеров излучающей антенны.

Для обеспечения узкой ШДН излучаемого сигнала на низкой частоте в параметрических гидролокаторах используют совместное излучение двух высокочастотных сигналов с разными частотами, например 200 и 250 кГц, для получения за счёт нелинейного преобразования частот в воде более низкочастотного сигнала излучения разностной частоты, в нашем случае 50 кГц [1]. В этом случае низкочастотный зондирующий сигнал разностной частоты сохраняет ту же ШДН, что и исходные зондирующие высокочастотные сигналы. В указанном примере ШДН излучающей антенны на разностной частоте получается в 4-5 раз более узкой, чем если бы антенна выполнялась для прямого излучения той же низкой частоты.

У параметрического гидролокатора, однако, есть существенный недостаток: при приеме гидролокатором отраженного от цели сигнала на разностной частоте обычно используется совмещенная с гидролокатором приемная антенна без указанного сужения ШДН и, соответственно, с потерей помехоустойчивости и дальности действия системы.

Задача, на решение которой направлено предложенное изобретение, заключается в создании системы параметрической гидролокации целей с простой реализацией и расширенной зоной действия, в которой компенсируются указанные потери, проявляющиеся при приеме отраженных от цели низкочастотных сигналов на совмещенную с гидролокатором приемную антенну.

Для решения поставленной задачи предложена система параметрической гидролокации, продольное низкочастотное зондирование водной толщи и прием отраженных от цели зондирующих сигналов. При этом для получения направленных низкочастотных зондирующих сигналов используют нелинейное преобразование частот в воде как при обычной параметрической гидролокации, а прием отраженных от подводных целей сигналов ведется на пространственно отнесенные от излучателя приемники с круговой характеристикой направленности в горизонтальной плоскости, располагаемые в секторе облучения между излучателем и удаленными целями.

Аналогов предложенной системе компенсации потерь помехоустойчивости параметрического гидролокатора при приеме отраженных от целей сигналов не обнаружено среди многочисленных патентов, относящихся к параметрическим гидролокаторам, направленных в основном на увеличение эффективности излучающей части (см., например, № RU 34302 U1, заявка №2007117525/22, № US 3952216 А и др.)

Предпосылкой возможности осуществления предлагаемой системы параметрической гидролокации целей являются известные физические процессы, сопровождающие распространение в воде акустических колебаний, используемых в активной гидролокации, в частности их быстрое затухание с расстоянием. Поэтому помещение приемников ближе к месту вероятного появления цели позволяет регистрировать более высокие уровни отраженных от цели сигналов или, что эквивалентно, обнаруживать цели на больших расстояниях от зоны наблюдения.

Сущность заявленной системы параметрической гидролокации целей поясняется следующими чертежами:

фиг.1 представляет взаимное расположение излучателя и отнесенных от излучателя приемников;

фиг.2 - оценка эффективности параметрического гидролокатора при излучении;

фиг.3 - оценка эффективности параметрической гидролокации при отнесении приемников отраженных от целей сигналов от излучателя.

Взаимное расположение излучателя и приемников, отнесенных от излучателя, показано на фиг. 1, вид сверху, где 1 - излучатель, создающий сектор облучения, выделенный штриховыми линиями на чертеже, 2 - линейка отнесенных от излучателя приемников, 3 - удаленная цель, например пловец-нарушитель, находящаяся за линией приемников в охраняемой зоне, 4 - электронный комплекс обработки данных (ЭК). ЭК состоит из соединенных между собой блоков излучения, приема сигналов и представления на экране монитора параметров обнаруженных целей (местоположение, скорость движения) и траекторий их движения в охраняемой зоне.

Система контролирует зону, расположенную за линией приемников на удалении от излучателя. При этом определение местоположения цели, обнаруженной линейкой приемников в этой удаленной области, определяется в ЭК по временам прихода на приемники прямых и отраженных от цели зондирующих сигналов относительно момента излучения зондирующего сигнала с учетом скорости звука в воде и известного положения излучателя и приемников на дне. В свою очередь указанная последовательная обработка сигналов в ЭК позволяет определять и отображать на экране монитора траектории и скорости движения целей.

Помещение линейки приемников в зону вероятного появления цели, ближе к цели по сравнению с обычной параметрической гидролокацией, при которой используется совмещенная с гидролокатором приемная антенна, позволяет регистрировать более высокие уровни отраженных сигналов от цели и обнаруживать цель за пределами расстояний, доступных при обычной параметрической гидролокации. Практическое же воплощение предложенной системы параметрической гидролокации достаточно просто в изготовлении и мало по стоимости, поскольку увеличение дальности обнаружения целей достигается введением относительно простых по конструкции и изготовлению приемников низкочастотных сигналов.

Каждый из признаков, включенных в формулу изобретения, необходим, а все вместе они достаточны для достижения поставленной цели, то есть в формулу изобретения включены существенные признаки.

Предложенная система параметрической гидролокации теоретически и экспериментально обоснована.

Учтем вначале потери по интенсивности низкочастотного зондирующего сигнала по сравнению с исходными высокочастотными составляющими, примерно в 4000 раз, вызванные нелинейным преобразованием частот. Учтем также потери низкочастотного зондирующего сигнала и высокочастотных составляющих, связанные с затуханием звука при распространении в тонком водном слое, вызванные поглощением энергии звука в водной среде и отражениями от дна и водной поверхности. Затем оценим увеличение дальности обнаружения целей за счет отнесения приемников отраженных от целей сигналов ближе к цели.

Учет указанных потерь в зависимости от расстояния r от излучателя как отношение интенсивностей звука на указанных частотах имеет вид

,

где βO и β - коэффициенты затухания звука в водном слое, вызванного поглощением звука в воде и при отражениях от дна и водной поверхности, соответственно в указанной высокочастотной и низкочастотной областях.

Результаты расчета в зависимости от r, для сравнения в мелкой и глубокой воде представлены на фиг.2. Здесь при расчетах использованы значения βO для высоких частот и β для низкой частоты, соответственно 140 и 13 дБ/км для мелководных областей и 30 и 3 дБ/км для глубоководных областей. Видно, что с увеличением затухания звука, будь то поглощение в водной среде или потери при отражениях, эффективность применения низкочастотного излучения возрастает. Рост эффективности для этих областей, при использованных в расчете коэффициентов затухания, наступает уже при расстояниях от излучателя 140 м, что свидетельствует об эффективности применения параметрической гидролокации в мелководных областях.

Увеличение дальности обнаружения целей за счет использования отнесенного приема отраженных от целей низкочастотных сигналов оценим, рассматривая пути прохода сигналов. Для отнесенных приемников это практически однократный проход зондирующего сигнала от излучателя до цели, если цель расположена рядом с приемником (I ~ r-2). Тогда как в обычном параметрическом гидролокаторе, приемник которого совмещен с излучателем, сигнал проходит путь от излучателя до цели и обратно, и спад с расстоянием интенсивности зондирующего сигнала происходит пропорционально четвертой степени расстояния до цели ( ~ r-4).

При сравнении отнесенных приемников и приемника, совмещенного с излучателем, необходимо также учесть различие их направленных свойств: совмещенного с излучателем, слабонаправленного низкочастотного приемника нелинейного преобразования частот (НПЧ) гидролокатора и отнесенных от излучателя всенаправленных приемников с круговой направленностью в горизонтальной плоскости. Задавая, с запасом, различие направленности приемников по мощности в 500 раз и учитывая рассмотренное различие путей прохода сигналов, эффективность предложенной системы параметрической гидролокации представим как отношение интенсивностей отраженных от цели сигналов, принимаемых отнесенными приемниками и совмещенным приемником, в зависимости от r

.

Полученная зависимость иллюстрируется фиг.3. Видно, что при заданном различии направленности приемников, совмещенного и отнесенных, использование отнесенного приема становится эффективным уже при отнесении приемников от излучателя на расстояние 22 м и эффективность растет с расстоянием как r2.

Экспериментальные испытания предлагаемой системы параметрической гидролокации были проведены в озере при толщинах водного слоя 2-3 м в условиях значительного поглощения энергии звука при отражениях от дна и водной поверхности. При частоте зондирующего сигнала 50 кГц максимальная дальность обнаружения целей приемником, совмещенным с излучателем, не превышала 150 м, тогда как прием отраженных от целей сигналов на приемники, отнесенные от излучателя, позволял увеличить дальность обнаружения подводных целей примерно в два раза.

Техническим результатом настоящего изобретения является увеличение дальности обнаружения подводных целей в условиях мелководной среды и определение местоположения и параметров движения обнаруженной цели.

Литература

1. Новиков Б.К., Тимошенко В.И. Параметрические антенны в гидролокации. - Л., Судостроение, 1990, с.256.

1. Система гидролокации целей в условиях мелководья, в которой излучение низкочастотных зондирующих сигналов формируют путем нелинейного преобразования частот, отличающаяся тем, что прием отраженных от подводных целей зондирующих сигналов ведут на отнесенные от излучателя приемники, располагаемые в секторе облучения между излучателем и удаленными целями, и регистрируют времена прихода на приемники прямых и отраженных от целей зондирующих сигналов, отсчитываемые относительно момента излучения.

2. Система гидролокации целей по п.1, отличающаяся тем, что излучатель зондирующих сигналов формирует сектор облучения в горизонтальной плоскости, и используется линейка отнесенных от излучателя приемников с круговой характеристикой направленности в горизонтальной плоскости, и используется электронный комплекс обработки данных.

3. Система гидролокации целей по п.1, отличающаяся тем, что определение приемниками местоположения обнаруженной цели и параметров ее движения в пределах сектора облучения осуществляется в электронном комплексе обработки данных по временам прихода на приемники отраженных от цели зондирующих сигналов относительно момента излучения зондирующего сигнала с учетом скорости звука в воде и известного положения излучателя и приемников.

4. Система гидролокации целей по п.1, отличающаяся тем, что электронный комплекс обработки данных состоит из соединенных между собой блоков излучения, приема сигналов и представления на экране монитора параметров обнаруженных целей и траекторий их движения в охраняемой зоне.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области подводной навигации, а именно к определению координат подводного объекта. .

Изобретение относится к радиотехнике, преимущественно к радиолокации объектов, и, в частности, может быть использовано для подповерхностного зондирования внутренних органов человека и животных в процессе ультразвуковых исследований.

Изобретение относится к гидроакустике, в частности к гидроакустическим навигационным системам, работающим при наличии отражающих границ раздела, а более конкретно к определению координат преимущественно подводных подвижных аппаратов.

Изобретение относится к области радиолокации, лазерной локации и оптики, в частности к обнаружению, определению параметров движения и сопровождению сверхзвукового малозаметного низколетящего над водной поверхностью объекта (СМНО).

Изобретение относится к средствам подводной навигации, в частности к определению местоположения или для точной координатной привязки точек постановки стационарных маяков гидроакустических навигационных систем, стартовых точек или точек зависания автономных подводных роботов и других подводных технических средств, оснащенных источниками навигационных сигналов.

Изобретение относится к гидроакустической технике, в том числе к активным гидролокаторам, предназначенным для обнаружения целей, измерения координат и параметров движения обнаруженных целей.

Изобретение относится к области гидролокации и предназначено для определения положения наблюдаемого объекта по глубине в водной среде. .

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано на судах с большой осадкой и водоизмещением (СБОВ): супертанкера и др., а также на пассажирских судах: лайнерах и др., на обитаемых подводных аппаратах (ОПА): туристические подводные лодки и др.

Изобретение относится к гидрографии, в частности к способам и техническим средствам съемки рельефа дна путем определения глубин на заданной акватории с определением их геодезических координат.

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно гидролокации, и может быть использовано при обнаружении объектов в активном режиме. .

Изобретение относится к водолазной технике, а именно к аппаратуре звукоподводной связи и пеленгования, используемой водолазами. Пеленгатор водолаза, совмещенный со станцией звукоподводной связи, состоит из генератора импульсов и двух идентичных приемных каналов импульсов, каждый из которых имеет свою антенну, установленную слева или справа от водолаза. Выходы приемных каналов пеленгатора соединены с коммутатором, который подключает к станции звукоподводной связи левый или правый телефоны водолаза в зависимости от того на какую антенну раньше приходит сигнал от генератора импульсов другого водолаза. Обеспечивается одновременно с гидроакустической связью пеленгование гидроакустических сигналов другого водолаза. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Система демодуляции сигнала относится к области демодуляции модулированного по фазе или по частоте сигнала и может использоваться для обнаружения движения объекта. Достигаемый технический результат - распознавание точной частоты конкретной составляющей сигнала в принятом сигнале с множественными составляющими. Система демодуляции сигнала содержит: комплексный демодулятор (110), имеющий первый вход (111) для приема модулированного по фазе входного сигнала (Si) и сконструированный для выполнения комплексного перемножения этого сигнала с аппроксимацией обратной величины фазовой модуляции; устройство (130) анализа спектра, принимающее демодулированный умноженный сигнал, произведенный комплексным демодулятором (110), и способное анализировать частотный спектр демодулированного умноженного сигнала, контроллер (140) модуляции. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение предназначено для использования в системах управления движением судов (СУДС) при осуществлении оператором управления проводкой судна по сложным фарватерам. Техническим результатом, обеспечиваемым изобретением, является повышение точности и оперативности определения параметров движения судов при прохождении опасных участков акватории, в том числе определения положения судна относительно границ фарватера (границ зон безопасности). В изобретении решение задачи оперативного получения оператором СУДС достоверной информации о положении судна на фарватере достигается введением в состав оборудования СУДС гидроакустических навигационных систем (ГАС), внешние устройства которых (приемно-передающие устройства) располагаются вблизи опасных участков фарватера, использованием информации от них для определения положения судна относительно оси фарватера, координат местоположения его геометрического центра, расстояний носа и кормы судна от границ фарватера (границ запретных зон) и динамики изменения этих параметров и представлении результатов расчетов в цифровом виде и в виде отображения на индикаторе оператору для использования при выработке решений по управлению движением проводимого судна. 1 ил.

Изобретение относится к гидроакустике и предназначено для обнаружения объектов и измерения дистанции до них при взрывном источнике зондирующих сигналов. Изобретение позволяет определить дальность обнаружения и обеспечить скрытность приемного устройства. Гидроакустический способ измерения дистанции с помощью взрывного источника содержит излучение взрывного источника сигналов, прием эхосигнала от объекта, фильтрацию, детектирование и вывод на индикатор, взрывной источник имеет фиксированную глубину установки и фиксированное время срабатывания Тиз, прием сигналов взрывного источника осуществляется статическим веером характеристик направленности, измеряется уровень помехи по всем пространственным каналам, выбирается порог, принимается сигнал прямого распространения от источника взрывного сигнала до приемного устройства, определяется направление α0 прихода сигнала прямого распространения, определяется время прихода сигнала прямого распространения Тпр, определяется дистанция от приемника до источника излучения d=(Тпр-Тиз)С, где С - скорость звука, принимается эхосигнал, отраженный от объекта, определяется направление β0 прихода эхосигнала, отраженного от объекта, определяется время прихода Тэс эхосигнала, отраженного от объекта, определяется время распространения от источника до объекта и до приемника tc=(Тэс-Тиз), определяется дистанция распространения от источника до объекта и до приемника Rc=Ctc, определяется разность углов (α0-β0) между направлением на источник излучения и направлением на приемник эхосигнала, определяется дистанция до цели по формуле: Д = R c 2 − d 2 2 R c − 2 d cos ( α 0 − β 0 ) . 2 ил.

Изобретение относится к области гидроакустических навигационных систем и может быть использовано для мобильного навигационного обеспечения подводных роботов, в том числе работающих в ледовых условиях. Технический результат - расширение функциональных возможностей. Для этого в процессе навигации подводного робота используется один опорный гидроакустический маяк, координаты которого уточняют средствами спутниковых систем навигации и передают по гидроакустическому каналу на борт подводного робота, по ходу движения которого производят измерения скорости, курса и глубины, с использованием соответствующих датчиков принимают навигационные сигналы, излучаемые опорным гидроакустическим маяком, измеряют время распространения сигнала от маяка до подводного робота; на борту подводного робота инициализируют набор предполагаемых положений: точек, географические координаты которых равномерно разбросаны вокруг области погружения; изначально каждое положение считают равновероятным; количество предполагаемых положений выбирают исходя из вычислительных возможностей аппаратуры подводного робота и требуемого уровня точности определения местоположения; в момент приема подводным роботом навигационного сигнала от опорного маяка производят детерминированный сдвиг каждого предполагаемого положения. 1 ил.

Изобретение относится к области создания систем наблюдения, состоящих из нескольких разнородных приемных каналов. Существо предлагаемого изобретения состоит в том, что если условию идентичности наблюдаемой и комплексной цели удовлетворяет несколько комплексных целей, то из них выбирается та, которая сформирована из тех же целей в отдельных каналах наблюдения, что и комплексная цель, продолжение траектории которой ищется. В случае отсутствия такой цели за продолжение траектории комплексной цели (ее сопровождение) принимается та комплексная цель, для которой норма вектора разности в среднем минимальная по всем идентифицированным с ней наблюдаемым целям. В результате комплексирование векторов идентификационных параметров наблюдаемых целей производится с выбранной таким образом комплексной целью. Техническим результатом является повышение качества сопровождения целей в системах наблюдения, состоящих из нескольких разнородных приемных каналов.

Использование: изобретение относится к средствам, обеспечивающим безопасность при выполнении водолазных работ различного назначения. Сущность: система определения местоположения водолаза включает аппаратуру двух маяков и судна, дрейфующих в акватории выполнения водолазных работ. Аппаратура судна и маяков включает систему спутниковой навигации, гидроакустические приемопередатчики и приемопередатчики по радиоканалу. Аппаратура водолаза включает гидроакустический приемопередатчик. Маяки передают на судно свои координаты, и на судне определяют дистанции до каждого из маяков. Излучив с судна запросный сигнал по гидроакустическому каналу и получив ответный сигнал от маяков, используя данные о расстояниях судно-маяк, на судне определяют текущую скорость звука. Аппаратура водолаза в автоматическом режиме, приняв излученный с судна сигнал, ненаправленно излучает сигнал, который принимается аппаратурой маяков и судна, причем аппаратура маяков ретранслирует по гидроакустическому каналу принятый от водолаза сигнал вместе с временем приема этого сигнала. Используя значение текущей скорости звука, данные о времени излучения запросного сигнала и времени приема ответных сигналов от водолаза, на судне определяют дистанции между водолазом и маяками и между водолазом и судном. По этим дистанциям определяют координаты водолаза, наносят на дисплей, соединяя координаты водолаза в траекторию его движения. Изобретение может быть использовано не только для профессиональных водолазов, но и для обеспечения погружения дайверов-любителей, которые не имеют полнолицевой маски со средствами телефонной связи с судном обеспечения. Система и способ могут быть также использованы для контроля местоположения группы водолазов и для автоматизированного контроля местоположения подводных аппаратов, работающих в зоне действия гидроакустических средств маяков. Технический результат: обеспечение контроля местоположения водолаза с визуализацией этого местоположения, повышение точности определения координат водолаза и упрощение аппаратуры водолаза. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Группа изобретений относится к методам и средствам защиты космических объектов от высокоскоростных метеоритных или техногенных частиц. Способ осуществляют устройством в виде набора акустических датчиков (АКД), подключенных к измерительно-расчетному блоку, и высокочастотных антенн. Последние размещены вблизи поверхности гермоотсека, а АКД - в его объеме. При пробое корпуса объекта фиксируют моменты прихода к АКД звуковой волны, а по электромагнитным сигналам антенн - момент пробоя гермоотсека. Координаты места пробоя находят, исходя из системы уравнений, выражающих расстояния места пробоя от АКД, определяемые по указанным моментам времени. Из множества АКД выбирают четвёрки с миним. временами прихода звуковой волны. Технический результат группы изобретений направлен на уменьшение погрешности определения координат места пробоя при ограничении количества АКД. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх