Лазерно-акустическая система обнаружения подводных объектов



Лазерно-акустическая система обнаружения подводных объектов

 


Владельцы патента RU 2568975:

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ, ОТ ИМЕНИ КОТОРОЙ ВЫСТУПАЕТ МИНИСТЕРСТВО ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ТОРГОВЛИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ (RU)

Изобретение относится к лазерно-акустической системе обнаружения подводных объектов. Указанная система содержит расположенный над поверхностью водоема источник акустических сигналов в виде лазера, гидрофон и установленный над водной поверхностью вычислительный блок, соединенный с выходом приемного гидрофона. Источником акустических сигналов является импульсный газоразрядный СO2 лазер, длина волны излучения которого обеспечивает создание поверхностного импульса давления. Приемный гидрофон выполнен широкополосным. Вычислительный блок содержит последовательно соединенные с выходом приемного гидрофона модуль сегментации, модуль памяти, коммутатор, модуль сравнения и модуль принятия решения(классификации). Технический результат заключается в обеспечении возможности по изменению сегментов эхосигналов в сравнении с калиброванными сигналами обнаруживать и классифицировать различные подводные объекты в контролируемом водоеме. 1 ил.

 

Изобретение относится к области лазерной гидроакустики и может быть использовано для обнаружения и классификации подводных объектов, таких как подводные пловцы, мины, камни и другие неоднородности.

Известно устройство для получения характеристик подводных объектов акустическим и оптическим способом, содержащее импульсный лазер и оптические и акустические датчики. С помощью акустического датчика регистрируется отраженный от объекта акустический сигнал и может быть получена информация о положении подводного объекта, а с помощью оптического датчика регистрируется отраженный от объекта оптический сигнал, который позволяет судить о форме подводного объекта. (Патент US 8203911 В2, от 23.10.2007 г.).

Недостатком устройства является малая глубина проникновения света в морской воде, которая составляет величину 5-10 м, что ограничивает его возможности. Помимо этого это устройство не может классифицировать подводные объекты.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является лазерно-акустическая система обнаружения подводных объектов, содержащая импульсный лазер, расположенный на борту летательного аппарата, который используется для создания в объеме воды акустического источника звука, систему приемных гидрофонов, процессор, в который поступают сигналы с акустических приемников и данные об их геометрическом расположении.

(Патент US 20090201763 А, от 12.02. 2008 г.).

Недостаток устройства заключается в том, что оно не позволяет проводить классификацию обнаруженных объектов из-за того, что использование лазерно-акустического источника звука, расположенного в объеме воды, затягивает акустический сигнал за счет отражения от поверхности, при этом форма лоцирующего сигнала становится неконтролируемой и не позволяет эффективно классифицировать обнаруженный объект.

Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности обнаружения и классификации подводных объектов.

Технический результат достигается за счет того, что в лазерно-акустической системе обнаружения подводных объектов, содержащей расположенный над поверхностью водоема источник акустических сигналов в виде лазера, установленный в фиксированной точке водоема приемный гидрофон и установленный над водной поверхностью вычислительный блок, соединенный с выходом приемного гидрофона, источник акустических сигналов выполнен в виде импульсного газоразрядного СO2 лазера с длиной волны лазерного излучения, обеспечивающей создание поверхностного сверхширокополосного импульса давления, приемный гидрофон выполнен широкополосным, а вычислительный блок содержит последовательно соединенные с выходом приемного гидрофона модуль сегментации, модуль памяти, коммутатор, модуль сравнения и модуль принятия решения, при этом выход модуля сегментации соединен с вторым входом коммутатора, а второй выход модуля памяти соединен с вторым входом модуля сравнения.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена блок-схема предлагаемой лазерно-акустической системы обнаружения подводных объектов.

Устройство содержит установленный над поверхностью водоема на мачте 1 импульсный газоразрядный СO2 лазер 2 с длиной волны лазерного излучения 10,6 мкм, обеспечивающей взрывное вскипание водной поверхности и создание поверхностного сверхширокополосного импульса давления, который используется для создания источника акустических сигналов 3 на поверхности водоема 4, регистрирующий излучение источника акустического сигнала 3, отраженное от подводного объекта 5, установленный в фиксированной точке водоема приемный широкополосный гидрофон 6, сигнал с которого поступает на вход установленного на платформе 7 вычислительного блока 8, содержащего последовательно соединенные с выходом приемного широкополосного гидрофона 6 модуль сегментации 9, модуль памяти 8, коммутатор 9, модуль сравнения 10 и модуль принятия решения 13, при этом выход модуля сегментации 9 соединен с вторым входом коммутатора 11, а второй выход модуля памяти 10 соединен с вторым входом модуля сравнения 12.

Устройство работает следующим образом. Луч импульсного газоразрядного СO2 лазера 2 направляется на поверхность водоема 4. Энергия излучения такого лазера поглощается в тонком поверхностном слое воды, что приводит к испарению слоя, и создает сверхширокополосный (СШП) импульс давления, являющийся источником акустических сигналов 3, которые достигают подводного объекта 5 и отражаются от него. При отражении СШП импульса, его форма и спектр будут существенно изменяться из-за вклада формы и ракурса объекта и вклада его собственных резонансов (в свою очередь, это несет информацию об упругих и поглощающих свойствах объекта). Форма же более узкополосных сигналов при отражении меняется несущественно, следовательно, информация о свойствах объекта теряется.

Импульсные сигналы характеризуются коэффициентом широкополосности

Ω = 2 f max f min f max + f min ,

где ƒmax и ƒmin - верхняя и нижняя граничные частоты спектра соответственно.

Импульс, возникающий при облучении воды импульсом CO2 лазера, обеспечивает значение коэффициента широкополосности, близкое к рекордной величине ′Ω=2.

Такой импульс обеспечивает возможность не только обнаружения, но и классификацию подводной цели. Причем диаграмма направленности излучения близка к гауссовой и не имеет боковых лепестков. Помимо этого, такой источник звука почти не создает реверберационной помехи, приходящей от поверхности воды.

Отраженная от подводного объекта 5 звуковая волна регистрируется приемным широкополосным гидрофоном 6. Сигналы с гидрофона 6 поступают на вход модуля сегментации 9. Эхосигнал, зарегистрированный гидрофоном 6, содержит в своей форме такие же временные характеристики (длительность фазы сжатия и разрежения, соотношение их амплитуд), что и прямой сигнал (в отличие от шумовой и даже реверберационной помехи). В модуле сегментации 9 происходит деление эхосигнала на сегменты - временные отрезки зарегистрированных эхосигналов, которые соответствуют временным характеристикам исходного сигнала с некоторыми допусками и определение их параметров. Вычислительный блок 8 работает в двух режимах - режиме калибровки и рабочем режиме. Выбор режима происходит с помощью коммутатора 11.

В режиме калибровки отображаются и запоминаются в модуле памяти 10 вектора сегментов сигналов от известных мишеней, которые образуют кластеры (классов камней, рыбы, помех и т.п.).

В рабочем режиме, в модуле сравнения 12 происходит определение класса объекта по попаданию параметров сегментов эхосигнала в тот или иной кластер, хранящийся в модуле памяти 10. В модуле принятия решения 13 сравнивается заданный порог вероятности правильного решения с полученными значениями.

Таким образом, предложенное устройство позволяет по изменению сегментов эхосигналов в сравнении с калиброванными сигналами обнаруживать и классифицировать различные подводные объекты в контролируемом водоеме.

Лазерно-акустическая система обнаружения подводных объектов, содержащая расположенный над поверхностью водоема источник акустических сигналов в виде лазера, установленный в фиксированной точке водоема приемный гидрофон и установленный над водной поверхностью вычислительный блок, соединенный с выходом приемного гидрофона, отличающаяся тем, что источник акустических сигналов выполнен в виде импульсного газоразрядного СO2 лазера с длиной волны лазерного излучения, обеспечивающей создание поверхностного сверхширокополосного импульса давления, приемный гидрофон выполнен широкополосным, а вычислительный блок содержит последовательно соединенные с выходом приемного гидрофона модуль сегментации, модуль памяти, коммутатор, модуль сравнения и модуль принятия решения (классификации), при этом выход модуля сегментации соединен с вторым входом коммутатора, а второй выход модуля памяти соединен с вторым входом модуля сравнения.



 

Похожие патенты:

Лазерный когерентный локатор использует излучение одночастотного CO2-лазера в режиме гетеродинного приема отраженных излучений от лоцируемого объекта. В локаторе используется фотоприемное устройство с четырехквадрантным фоточувствительным слоем.

Изобретение относится к способу и устройству для определения присутствия в туалетной комнате объекта, подлежащего уборке. Вдоль пола туалетной комнаты подается сканирующий пучок.

Лазерный когерентный локатор целеуказания содержит одночастотный СО2-лазер, передающий телескоп, приемный объектив, фотоприемное устройство, работающее в гомодинном режиме фотосмешения.

Изобретение относится к измерительной технике определения высоты и вертикальной скорости летательного аппарата. Устройство обеспечивает возможность работы в двух режимах.

Изобретение относится к способу определения высоты летательного аппарата. При реализации способа осуществляется N-кратное зондирование подстилающей поверхности импульсами лазерного излучения и его некогерентное накопление принятого отражённого от объекта сигнала.

Изобретение относится к лазерной локации и может быть использовано в локационных наземных стационарных и мобильных комплексах лазерной локации для обнаружения и распознавания оптических и оптоэлектронных приборов.

Изобретение относится к области лазерной локации и может быть использовано в стационарных наземных лазерных локационных системах наблюдения и контроля окружающего пространства для обнаружения оптических и оптико-электронных приборов.

Изобретение относится к области оптической локации и касается системы импульсной лазерной локации. Система содержит импульсный лазер, два однокоординатных сканирующих устройства, акустооптический дефлектор, выходную оптическую систему, вычислительное устройство, блок управления акустооптическим дефлектором, призменный светоделитель, измерительный канал, массив фотоприемных устройств, объектив массива фотоприемных устройств и волоконно-оптические жгуты.

Изобретение может быть использовано в измерительной аппаратуре, системах предупреждения столкновения транспортных средств, навигационных устройствах и системах охранной сигнализации.

Использование: изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в гидроакустических станциях надводных кораблей с гибкими протяженными буксируемыми антеннами (ГПБА) для проведения акустического мониторинга окружающей водной среды.

Изобретение относится к области акустики и может быть использовано для защиты водозаборных сооружений потенциально опасных объектов, в рыбной промышленности - для защиты водозаборных сооружений от проникновения биологических объектов к предприятиям энергетического, химико-технологического.

Управление состоянием устройства осуществляется путем обнаружения (403) присутствия пользователя; изменения состояния устройства на первое состояние (405), если присутствие пользователя обнаружено в пределах первой заданной зоны; изменения состояния устройства на второе состояние (407), если присутствие пользователя обнаружено за пределами второй заданной зоны, причем первая заданная зона меньше второй заданной зоны и полностью содержится во второй заданной зоне; и поддержания (407) текущего состояния устройства, если присутствие пользователя обнаружено за пределами первой заданной зоны и в пределах второй заданной зоны.

Предлагаемое изобретение относится к технике обнаружения цели под водой, а именно к устройствам активной физической защиты периметров объектов и может быть использовано для охраны периметров подводной части акваторий от несанкционированного проникновения на охраняемый объект движущихся подводных объектов.

Предлагаемое изобретение относится к области гидроакустики, а именно к устройствам обнаружения шумовых гидроакустических сигналов в виде дискретных составляющих (ДС) на фоне аддитивной помехи.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для построения систем классификации объектов, обнаруженных гидролокаторами ближнего действия.

Способ заключается в сужении прилегающей ко всем водоподводящим каналам части водоема-охладителя 4 путем перегораживания его части искусственной дамбой. Способ включает создание первого 28 рубежа безопасности и первой физической защиты 36 от проникновения биологических подводных объектов (БПО) и средств их доставки, первой очистки оборотной технической воды 37 от механических (МПР) и биологических (БПР) примесей, первой защиты рыб, в том числе ее молоди, первого охлаждения оборотной технической воды.

Использование: относится к области пассивной локации, в частности гидролокации. Сущность: в способе определения местоположения объектов в пассивной системе мониторинга осуществляют приём сигналов аппаратурой разнесенных позиций, пространственную селекцию по принятым сигналам в каждой из приемных позиций, некогерентное накопление по времени каждого из результатов пространственной селекции, принятие решения об обнаружении отметок целей по результатам накопления по времени и формирование по результатам обнаружения пеленгационных линий положения в не менее чем двух позициях, определение расстояний между каждой из не менее чем двух приемных позиций системы и точками пересечения пеленгационных линий положения, сформированных в этих позициях, измерение уровней принимаемых этими позициями сигналов по тем результатам некогерентного накопления по времени, по которым обнаружены отметки, пересчет каждого из этих уровней к точкам пересечения пеленгационных линий положения, соответствующих указанным отметкам, формирование функций разности результатов пересчета уровней сигналов от каждой из указанных приемных позиций к одной и той же точке пересечения этих линий положения для этих точек и определение координат целей как координат тех точек пересечения пеленгационных линий положения, для которых функции разности результатов пересчета уровней сигналов будут больше порога.

Изобретение используется для защиты подводных конструкций и оборудования от их биологического обрастания. На выходе из отводного канала формируют и излучают энергетические, информационные, высокоградиентные и биорезонансные сигналы, которые воздействуют на рыб и изменяют их поведенческие характеристики.

Изобретение относится к области морской техники и предназначено для обнаружения, определения местонахождения и классификации подводных лодок и надводных кораблей, может выбрасываться в море самолетом и "за борт" с кораблей.

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано для построения систем автоматической и автоматизированной классификации морских объектов, применительно к гидролокационным станциям ближнего действия.

Использование: изобретение относится к области гидроакустики, а именно к способу регистрации шумоизлучения малошумного морского объекта. Сущность: способ регистрации малошумного морского объекта заключается в том, что сначала регистрируют в приемных устройствах «опорную» амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) шумового поля водного пространства для последующей обработки в блоке первичной обработки сигналов с целью определения пары приемных устройств в блоке расчета взаимно корреляционной функции и принятия решения блока вторичной обработки сигналов, затем «опорную» АЧХ подают на соответствующие входы адаптивного фильтра блока вторичной обработки сигналов, где вырабатывают «нормированную» АЧХ шумового поля охраняемого водного пространства. При появлении малошумного морского объекта в охраняемом водном пространстве в области расположения приемных устройств формируют «рабочую» АЧХ водного пространства, которую через ранее выбранный первый приемный канал подают на первый вход блока расчета взаимно корреляционной функции и принятия решения и первый вход адаптивного фильтра блока расчета вторичной обработки сигналов. При превышении амплитуды «рабочей» АЧХ водного пространства над выработанным порогом нормированной АЧХ регистрируют АЧХ малошумного морского объекта. Принципиальным отличием заявленного изобретения является то, что заявленный способ, реализованный в предложенном устройстве для регистрации малошумного морского объекта, дополнительно использует блок расчета взаимно корреляционных функций и принятия решения, а также адаптивный фильтр, основанный на принципе минимизации среднеквадратической ошибки (СКО) помехи, в результате чего появляется возможность подавления нестационарной помехи с малым относительно времени прохода морского объекта интервалом корреляции, что позволяет повысить помехоустойчивость при регистрации малошумного морского объекта. Технический результат: использование при измерении первичного гидроакустического поля малошумных морских объектов в условиях повышенного уровня и нестационарности фоновых шумов (помех) в пределах времени регистрации прохода морского объекта, а также использование в охранных устройствах для защиты морских акваторий, портовых и других сооружений. 6 ил.
Наверх