Система параметрической гидролокации с функцией получения акустического изображения целей



Система параметрической гидролокации с функцией получения акустического изображения целей
Система параметрической гидролокации с функцией получения акустического изображения целей

 


Владельцы патента RU 2488845:

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

Использование: изобретение относится к области гидролокации и предназначено для обнаружения подводных целей и получения их акустического изображения. Сущность: в предложенной системе параметрической гидролокации излучение низкочастотных зондирующих сигналов формируют путем нелинейного преобразования частот в воде от излучателя, создающего сектор облучения, а прием отраженных от подводных целей зондирующих сигналов ведут на приемник низкочастотных сигналов и на приемник исходных высокочастотных сигналов. Определение местоположения обнаруженной цели и параметров ее движения в пределах сектора облучения, а также формирование акустического изображения обнаруженного объекта осуществляется в электронном комплексе обработки данных (ЭК) по углам и временам прихода отраженных от цели зондирующих сигналов, соответственно на приемник низкочастотных сигналов и приемник исходных высокочастотных сигналов, относительно момента излучения зондирующего сигнала с учетом скорости звука в воде и известного положения излучателя и приемников. ЭК состоит из соединенных между собой блоков излучения, приема сигналов и представления на экране монитора параметров обнаруженных целей (местоположение, скорость движения), траекторий их движения в охраняемой зоне и акустического изображения обнаруженного объекта. Технический результат: увеличение дальности обнаружения подводных целей и получение акустического изображения обнаруженного объекта. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области гидролокации и предназначено для обнаружения подводных целей в водной среде и получения их акустического изображения.

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. Основное назначение системы - обнаружение, сопровождение обнаруженных объектов в водной среде и их идентификация за счет получения акустического изображения обнаруженных объектов в водной среде, где оптические методы не эффективны.

Известны технические решения предназначенных для этих целей гидролокаторов-звуковизоров [1], которые обнаруживают объекты в воде и получают их акустическое изображение. Недостатком известных гидролокаторов-звуковизоров являются ограничения по дальности обнаружения целей, обусловленные применением в этих приборах высокочастотного акустического излучения. Обычно это работа на частотах в сотни кГц. На столь высоких частотах зона действия прибора, особенно в мелководных прибрежных областях, ограничена расстояниями, не превышающими 20-40 м, что обусловлено значительным поглощением энергии звука в воде на высоких частотах. В результате использование таких устройств встречает затруднения, например в системах охраны, где требуется предварительное обнаружение нарушителя на дальних расстояниях, приемлемых для принятия необходимых мер противодействия.

Поскольку указанные потери энергии звука резко возрастают с частотой, одним из известных методов их уменьшения является снижение частоты зондирующего сигнала, однако при этом сложно обеспечить необходимую четкость акустического изображения.

Задача, на решение которой направлено предложенное изобретение, заключается в создании системы гидролокации с простой реализацией и расширенной зоной действия, в которой компенсируется этот недостаток гидролокатора-звуковизора, проявляющийся при необходимости предварительного дальнего обнаружения и сопровождения целей в воде, а затем получения на сравнительно близких расстояниях акустического изображения обнаруженного объекта.

Для решения поставленной задачи предложена система параметрической гидролокации, включающая продольное звуковое зондирование водной толщи и прием отраженных от цели зондирующих сигналов [2]. При этом для дальнего обнаружения целей в воде используют совместное излучение двух исходных высокочастотных сигналов с разными частотами, например 400 и 450 кГц, для получения за счет нелинейного преобразования частот в воде низкочастотного сигнала излучения разностной частоты, в нашем случае 50 кГц, а для получения акустического изображения обнаруженных в воде объектов на сравнительно близких расстояниях от излучателя используют исходные высокочастотные сигналы.

Предпосылкой возможности осуществления системы являются известные физические процессы, сопровождающие распространение в воде акустических колебаний, используемых в активной гидролокации, в частности их быстрое затухание с расстоянием. Поэтому использование низкочастотной составляющей зондирующих сигналов позволяет регистрировать более высокие уровни отраженных от цели сигналов или, что эквивалентно, обнаруживать цели на больших расстояниях от зоны наблюдения, а использование исходных высокочастотных составляющих зондирующих сигналов для получения акустического изображения обнаруженных объектов позволяет обеспечить необходимую четкость изображения.

Сущность заявленной системы гидролокации целей поясняется рисунками:

фиг.1 - взаимное расположение излучателя и низкочастотного и высокочастотного приемников гидролокатора;

фиг.2 - оценка эффективности высокочастотной и низкочастотной составляющих зондирующего сигнала параметрического гидролокатора при излучении.

Состав и взаимное расположение излучателя и приемников гидролокатора показано на фиг.1, вид сверху, где 1 - излучатель исходных высокочастотных зондирующих акустических сигналов и образованных из них за счет нелинейного преобразования частот в воде низкочастотных зондирующих сигналов, создающий сектор облучения, выделенный штриховыми линиями на рисунке, 2 - приемник отраженных от цели низкочастотных зондирующих сигналов, 3 - приемник отраженных от цели исходных высокочастотных зондирующих сигналов, 4 - электронный комплекс обработки данных (ЭК), 5 - удаленная цель, например пловец-нарушитель, находящаяся в охраняемой зоне. ЭК состоит из соединенных между собой блоков излучения, приема сигналов и представления на экране монитора параметров обнаруженных целей (местоположение, скорость движения), траекторий их движения в охраняемой зоне и акустическое изображения обнаруженного объекта.

Система контролирует две зоны в пространстве перед излучателем - дальнюю зону, облучаемую низкочастотной составляющей зондирующего сигнала, и сравнительно близкую к излучателю зону, облучаемую исходными высокочастотными составляющими зондирующего сигнала.

При этом определение местоположения объекта, обнаруженного в дальней области, определяется в ЭК по временам и направлениям прихода на низкочастотный приемник гидролокатора отраженных от объекта зондирующих сигналов относительно момента излучения зондирующего сигнала с учетом скорости звука в воде и известного положения излучателя и приемника на дне. В свою очередь указанная последовательная обработка сигналов в ЭК позволяет сопровождать обнаруженный объект в зоне облучения, определять и отображать на экране монитора его траекторию и скорость движения.

В свою очередь, по мере приближения обнаруженного объекта к месту излучения попадание его в зону облучения исходными высокочастотными составляющими зондирующего сигнала позволяет формировать в ЭК акустическое изображение объекта по углам и временам прихода на высокочастотный приемник гидролокатора отраженных от объекта зондирующих сигналов относительно момента излучения зондирующего сигнала с учетом скорости звука в воде.

Преимуществом предлагаемой системы по сравнению с обычными гидролокационными средствами является совмещение в одном приборе нескольких взаимно дополняющих функций, распределенных во времени и пространстве - дальнего обнаружения объектов, их непрерывного сопровождения вплоть до возможности их идентификации на сравнительно близких расстояниях и, в итоге, получения акустического изображения обнаруженного объекта на расстояниях приемлемых для принятия необходимых мер противодействия. Практическое же воплощения предложенной системы параметрической гидролокации достаточно просто в изготовлении и мало по стоимости, поскольку увеличение функций достигается введением в известный параметрический гидролокатор относительно простого по конструкции и изготовлению приемника высокочастотных сигналов, формирующего акустическое изображение обнаруженного объекта с использованием известных принципов [1].

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.

Считаем, что при нелинейном преобразовании частот в воде интенсивность низкочастотного зондирующего сигнала I уменьшается по сравнению с интенсивностью исходных высокочастотных составляющих Io примерно в 4000 раз. Учтем также потери низкочастотного зондирующего сигнала и исходных высокочастотных составляющих, связанные с затуханием звука при распространении в воде, вызванные поглощением энергии звука в водной среде.

Сравним обе составляющие зондирующего сигнала параметрического гидролокатора, высокочастотную и низкочастотную, при их распространении на расстояние r от излучателя. Обозначая отношение Io к I через I ¯ , с учетом потерь можно записать:

I ¯ 10 0,2 β o r / 4000 10 0,2 β r ,

где βo и β - коэффициенты затухания звука в водном среде, соответственно для высоких и низких частот,

Результаты расчета I ¯ в зависимости от r представлены на фиг.2. Здесь при расчетах использованы значения βo для частот 400-450 кГц и β для разностной частоты 50 кГц, соответственно 140 и 13 дБ/км. Видно, что на малых расстояниях, менее 140 м, энергия высокочастотной составляющей превосходит энергию низкочастотной составляющей, что позволяет ее использовать для получения акустического изображения при подходе объекта на близкое расстояние. На больших расстояниях энергия низкочастотной составляющей превосходит энергию высокочастотной составляющей, что позволяет ей преодолевать значительные расстояния в воде и обнаруживать объекты на дальних подступах.

Техническим результатом настоящего изобретения является увеличение дальности обнаружения подводных целей с последующим получением акустического изображения обнаруженного объекта, достигаемое относительно простыми и недорогими средствами.

Литература

1. Грегуш П. Звуковидение. - М.: Мир, 1982.

2. Зарембо Л.К. Тимошенко В.И. Нелинейная акустика. М.: МГУ, 1984, 104 с.

1. Система параметрической гидролокации с функцией получения акустического изображения целей, содержащая излучатель исходных высокочастотных зондирующих акустических сигналов и образованных из них за счет нелинейного преобразования частот в воде низкочастотных зондирующих сигналов и приемник отраженных от цели низкочастотных зондирующих сигналов, соединенных с электронным комплексом обработки данных, как в обычной параметрической гидролокации, отличающаяся тем, что в состав системы дополнительно включен приемник отраженных от цели исходных высокочастотных зондирующих сигналов, соединенный с электронным комплексом обработки данных.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что определение местоположения обнаруженной цели и параметров ее движения в пределах сектора облучения, а также формирование акустического изображения обнаруженной цели осуществляется в электронном комплексе обработки данных по углам и временам прихода отраженных от цели зондирующих сигналов соответственно на приемник низкочастотных сигналов и на приемник исходных высокочастотных зондирующих сигналов гидролокатора относительно момента излучения зондирующего сигнала с учетом скорости звука в воде и известного положения излучателя и приемников.

3. Система 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, траекторий их движения и изображений целей.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области гидролокации и предназначено для обнаружения подводных целей в прибрежных морских областях, а также в речных руслах, каналах, озерах.

Изобретение относится к области разработки гидроакустических дальномерных средств и может быть использовано для определения местоположения подводных объектов, донных маяков ответчиков, подводных аппаратов,когда требуется повышенная точность дальномерной привязки.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в гидрографии для площадной съемки глубин дна. .

Изобретение относится к средствам подводной навигации и может быть использовано для навигационного обеспечения автономных подводных роботов (АПР) с неограниченным и произвольным районом работы. Способ обеспечения навигации автономного подводного робота, положение которого контролируется с борта обеспечивающего судна, при котором на борту автономного подводного робота счисляют траекторию его движения по данным датчиков скорости, курса и глубины, принимают навигационные сигналы, излучаемые гидроакустическим маяком с известными координатами, измеряют время распространения акустического сигнала между автономным подводным роботом и обеспечивающим судном, а на его основе и расстояние между автономным подводным роботом и гидроакустическим маяком и используют величину этого расстояния для получения текущих пространственных координат автономного подводного робота, при этом текущие координаты гидроакустического маяка определяют средствами судовой навигации и передают их по гидроакустическому каналу связи на борт автономного подводного робота в составе навигационных сигналов, излучаемых гидроакустическим маяком, а полученные на борту автономного подводного робота данные обработки информации, содержащие оценку его координат, в составе обратного навигационного сигнала по гидроакустическому каналу передают на обеспечивающее судно, отличается тем, что обеспечивающее судно маневрирует по водной поверхности относительно траектории движения автономного подводного робота, пересекая ее проекцию на водную поверхность и перемещаясь в конкретную точку водной поверхности, при этом для определения координат этой точки используют информацию о текущих расстояниях между гидроакустическим маяком и автономным подводным роботом, а также оценку ошибки определения местоположения автономного подводного робота, поступающую на борт обеспечивающего судна от автономного подводного робота в составе обратного навигационного сигнала. Технический результат: повышение точности определения текущего местоположения АПР в пространстве без использования гидроакустической навигационной системы с ультракороткой базой, которая не обеспечивает необходимую точность определения пеленга на гидроакустический маяк (направление в пространстве от АПР на ГМ) и, соответственно, требуемую точность определения местоположения АПР. 1 ил.

Изобретение относится к области гидролокации и предназначено для компенсации маскирующего влияния реверберационных помех на обнаружение подводных целей при гидролокации в условиях значительных помех, характерных для мелководных акваторий. Для компенсации маскирующего влияния реверберационных помех на обнаружение отраженных от подводных целей зондирующих сигналов озвучивание акватории посылками зондирующих сигналов сопровождают непрерывной регистрацией на экране монитора отклика среды на посылки с образованием на экране монитора фона реверберационных помех в координатах расстояние - время в виде строчной развертки изображения по полю экрана, синхронизированной с моментами посылки зондирующего сигнала, аналогичной развертке по строкам типа телевизионной. При этом отраженным сигналам от движущихся подводных целей будет соответствовать появление наклонных линий, наложенных на фон помех. Техническим результатом настоящего изобретения является снижение маскирующего влияния реверберационных помех на обнаружения подводных целей при гидролокации, наблюдение сразу нескольких целей в секторе облучения и определение параметров их перемещения в сложных помеховых условиях мелководных акваторий, а также контроль прохождения зондирующих сигналов в облучаемую зону. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области гидролокации и предназначено для обнаружения подводных целей в областях, удаленных на значительные расстояния от места наблюдения. Предложенный способ автоматически управляемой активной охраны объектов со стороны водной среды с увеличенной дальностью обнаружения целей включает продольное зондирование водной толщи и прием отраженных от цели зондирующих сигналов, при этом увеличение дальности обнаружения целей осуществляется за счет автоматически управляемого установления положения приемоизлучающей антенны гидролокатора по глубине и по углу наклона ее излучения и приема относительно горизонтального направления по данным вертикального распределения скорости звука в водном слое, которые получают с помощью измерителя (1). По ним в блоке (2) рассчитываются глубина и угол наклона излучения и приема антенны, необходимые для обнаружения подводных целей в водной толще в заданной зоне или на максимальных расстояниях от места излучения. Полученные в результате расчета значения указанных параметров антенны вносятся на исполнение в блок (3), который устанавливает положение приемоизлучающей антенны (4) по глубине и по наклону ее излучения и приема. При этом, как и в обычной гидролокации, определение местоположения обнаруженных целей и параметров их движения в пределах сектора облучения осуществляется по временам прихода отраженных от цели зондирующих сигналов относительно момента излучения зондирующего сигнала с учетом скорости звука в воде и известного положения гидролокатора. Техническим результатом настоящего изобретения является увеличение дальности обнаружения целей в сложных условиях реальных акваторий. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх