Гидроакустическая станция контроля внешней обстановки



Гидроакустическая станция контроля внешней обстановки
Гидроакустическая станция контроля внешней обстановки

 


Владельцы патента RU 2573173:

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

Использование: гидроакустика. Изобретение может быть использовано для контроля внешней обстановки вокруг охраняемых объектов, например, буровых платформ, гидротехнических сооружений, судов, а также для обнаружения и сопровождения подводных объектов, вторгающихся в контролируемую акваторию натурного водоема. Сущность: в гидроакустической станции контроля внешней обстановки, включающей подводный модуль с излучающей и приемной антеннами, надводный блок обработки и визуализации, подводный кабель связи, соединяющий подводный модуль с надводным блоком обработки и визуализации, а также генератор, генератор выполнен многоканальным и вместе с излучающей и приемной антеннами размещен в едином подводном модуле, в который дополнительно введены блок многоотводных линий задержки, входы которого подключены к отдельным выходам многоканального генератора, блок сумматоров, входы которого подключены к соответствующим выводам блока многоотводных линий задержки, блок усилителей мощности, к входам которого подключены соответствующие выходы блока сумматоров, а выходы подключены к соответствующим элементам излучающей антенны, блок усилителей, подключенный к элементам приемной антенны, блок аналого-цифровых преобразователей, подключенный к выходу блока усилителей, блок управления, подключенный к выходу блока аналого-цифровых преобразователей и к входу многоканального генератора, и блок интерфейса, подключенный между выходом блока управления и надводным блоком обработки и визуализации, при этом надводный блок обработки и визуализации содержит последовательно соединенные блок распаковки сигналов, блок формирователей характеристик направленности, блок вычисления корреляционных функций и блок формирования акустического изображения. Технический результат: увеличение скорости обзора пространства и обеспечение возможности получения трехмерного изображения. 2 ил.

 

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для контроля внешней обстановки вокруг охраняемых объектов, например, буровых платформ, гидротехнических сооружений, судов, а также для обнаружения и сопровождения подводных объектов, вторгающихся в контролируемую акваторию натурного водоема, например, в зону гидроакустического полигона, буровых платформ, судов.

Известно устройство станции контроля внешней обстановки аналогичного назначения, содержащее акустические приемники, установленные в земле в точках, расположенных на пути излучающих пучков, при этом в качестве источника звука в океане используется наклонная прибрежная часть земли, которая излучает пучки энергии на заданных частотах. Обработка отраженного сигнала позволяет осуществлять контроль подводной обстановки и обнаруживать подводные объекты в заданной области натурного водоема (Патент США N4183009, кл. 367-117 (Н04В 11/00), 1980 г.).

Недостатками этого устройства являются ограниченность его применения вблизи прибрежной зоны океана, а также невысокая чувствительность в связи с использованием отраженного (рассеянного) от объекта излучения.

Известна гидроакустическая станция контроля внешней обстановки, например, для обнаружения вторжения подводного объекта в контролируемую область натурного водоема, содержащая гидроакустические излучатели различных зон контролируемой водной акватории и приемники акустического сигнала, провзаимодействовшего с подводным объектом, а также блок определения местоположения, курса и скорости движения объекта по параметрам принятого сигнала (Патент США №4319349, МПК G01S 15/04, 1982 г.).

Недостатком устройства является малое соотношение сигнал/шум в принимаемом сигнале ввиду использования рассеянного излучения и отсутствия скрытности в процессе поиска нарушителя.

Известна гидроакустическая станция контроля внешней обстановки, например, для обнаружения вторжения подводного объекта в контролируемую область натурного водоема, содержащая гидроакустический излучатель различных зон контролируемой водной акватории и приемник акустического сигнала, провзаимодействовшего с подводным объектом, блок определения местоположения, курса и скорости движения объекта по параметрам принятого сигнала, а также систему отражателей, расположенных вдоль эллиптической поверхности, в фокусах которой размещены гидроакустический излучатель и гидроакустический приемник, причем последний выполнен с равномерной характеристикой направленности (Патент РФ №2150123, МПК G01S 3/80, G01S 15/04, 16.06.1999 г.).

Недостатком устройства является сложность расстановки системы отражателей в контролируемой области принимаемого сигнала, ввиду использования рассеянного излучения и отсутствия скрытности в процессе поиска нарушителя.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) к предлагаемому является известная гидроакустическая станция контроля внешней обстановки, включающая подводный модуль с излучающей и приемной антеннами, надводный блок обработки и визуализации, подводный кабель связи, соединяющий подводный модуль с надводным блоком обработки и визуализации, а также генератор и коммутатор, через который генератор подключен к излучающей и приемной антеннам (Ю.А. Корякин и др. «Корабельная гидроакустическая техника». СПб.: Изд-во «Наука», 2004 г., стр. 340).

Недостатком известного устройства является малая скорость обзора пространства и невозможность получения трехмерного изображения.

Техническим результатом изобретения является увеличение скорости обзора пространства и обеспечение возможности получения трехмерного изображения.

Технический результат достигается за счет того, что в гидроакустической станции контроля внешней обстановки, включающей подводный модуль с излучающей и приемной антеннами, надводный блок обработки и визуализации, подводный кабель связи, соединяющий подводный модуль с надводным блоком обработки и визуализации, а также генератор, генератор выполнен многоканальным и вместе с излучающей и приемной антеннами размещен в едином подводном модуле, в который дополнительно введены блок многоотводных линий задержки, входы которого подключены к отдельным выходам многоканального генератора, блок сумматоров, входы которого подключены к соответствующим выводам блока многоотводных линий задержки, блок усилителей мощности, к входам которого подключены соответствующие выходы блока сумматоров, а выходы подключены к соответствующим элементам излучающей антенны, блок усилителей, подключенный к элементам приемной антенны, блок аналого-цифровых преобразователей, подключенный к выходу блока усилителей, блок управления, подключенный к выходу блока аналого-цифровых преобразователей и к входу многоканального генератора, и блок интерфейса, подключенный между выходом блока управления и надводным блоком обработки и визуализации, при этом надводный блок обработки и визуализации содержит последовательно соединенные блок распаковки сигналов, блок формирователей характеристик направленности, блок вычисления корреляционных функций и блок формирования акустического изображения.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства, а на Фиг. 2 - блок-схема блока обработки и визуализации.

Гидроакустическая станция контроля внешней обстановки содержит подводный модуль 1, включающий многоэлементные излучающую антенну 2 и приемную антенну 3. Элементы этих антенн располагаются таким образом, что формируемые ими лучи имеют узкую направленность во взаимно перпендикулярных плоскостях. Примерами таких антенн являются две взаимно перпендикулярные линейные антенны. Элементы одной из антенн могут также располагаться по окружности, ось которой совпадает с линией расположения элементов другой антенны. Подводный модуль содержит также блок усилителей мощности 4, подключенный к входам излучающей антенны 2, блок сумматоров 5, подключенный к входам блока усилителей мощности 4, блок многоотводных линий задержки 6, к входам которых подключены выходы многоканального генератора 7, последовательно соединенные с элементами приемной антенны 3 блок усилителей 8, блок аналого-цифровых преобразователей 9, блок управления 10, выходы которого подключены к входам многоканального генератора 7, и интерфейс Ethernet 11, который через подводный кабель связи 12 соединен с надводным модулем обработки и визуализации 13, который включает последовательно соединенные блок распаковки сигналов 14, формирователь характеристик направленности 15, блок вычисления корреляционных функций 16 и блок формирования акустического изображения 17.

Устройство работает следующим образом.

Подводный модуль 1 размещается в контролируемом водоеме и подключается посредством подводного кабеля связи 12 к надводному блоку обработки и визуализации 13. Блок управления 10 формирует на выходе многоканального генератора 7 сигналы излучения Sl(t), состоящие из независимых М-последовательностей. Число сигналов равно числу лучей L, формируемых излучающей антенной 2. В блоке многоотводных линий задержки 6 для каждого из этих сигналов формируются сдвинутые во времени копии сигналов. Число копий равно числу элементов излучающей антенны N. Величина временного сдвига приравнивается времени упреждения τli прихода сигнала с заданного направления на соответствующий элемент излучающей антенны:

S 1 , i l ( t ) = S l ( t τ i l ) , i = 1 , N ¯ , l = 1 , L ¯ ,

В блоке сумматоров 5 выполняется сложение сформированных сигналов по всем элементам излучающей антенны для всех направлений ее компенсации:

S 2 , i ( t ) = l = 1 L S 1 , i l ( t ) .

Сформированные таким образом сигналы после усиления в блоке усилителей мощности 4 подключаются к соответствующим элементам излучающей антенны 2.

Сигналы с выхода элементов приемной антенны 3 раздельно усиливаются в блоке усилителей 8, оцифровываются в блоке аналого-цифровых преобразователей 9 и через блок управления 10, интерфейс Ethernet 11, по подводному кабелю 12 поступают на надводный модуль обработки и визуализации 13, выполненный на базе персонального компьютера с интерфейсом Ethernet.

Блок-схема обработки, выполняемой над принятыми сигналами, представлена на фиг. 2. Блок распаковки сигналов 14 осуществляет распаковку принимаемого сигнала на сигналы S3,r(t) от отдельных элементов приемной антенны 3. В блоке формирователей характеристики направленности 15 производится суммирование этих сигналов с компенсацией их времени прихода на r-й приемный элемент с k-го направления:

S 4 , k ( t ) = r = 1 N S 3 , r ( t τ k r ) .

В блоке вычисления корреляционных функций 16 выполняется вычисление корреляционной функции сформированных сигналов с каждым из излученных сигналов Sl:

S 5 , k l ( τ ) = t S 4 , k ( t τ ) S l ( t ) d t .

Сформированный сигнал позволяет выделить сигнал, рассеянный элементом трехмерного пространства, координаты которого определяются двумя углами, соответствующими направлениям компенсации приемной и излучающей антенн 2 и 3, и временем задержки, соответствующим дистанции. Модули корреляционных функций отображаются блоком формирования акустического изображения 17.

Таким образом, при каждой посылке зондирующего сигнала производится обзор всего пространства, причем размерность обзора пространства равняется трем, т.е. обеспечивается увеличение скорости обзора пространства и возможность контроля внешней обстановки с получением трехмерного изображения.

Гидроакустическая станция контроля внешней обстановки, включающая подводный модуль с излучающей и приемной антеннами, надводный блок обработки и визуализации, подводный кабель связи, соединяющий подводный модуль с надводным блоком обработки и визуализации, а также генератор, отличающаяся тем, что генератор выполнен многоканальным и вместе с излучающей и приемной антеннами размещен в едином подводном модуле, в который дополнительно введены блок многоотводных линий задержки, входы которого подключены к отдельным выходам многоканального генератора, блок сумматоров, входы которого подключены к соответствующим выводам блока многоотводных линий задержки, блок усилителей мощности, к входам которого подключены соответствующие выходы блока сумматоров, а выходы подключены к соответствующим элементам излучающей антенны, блок усилителей, подключенный к элементам приемной антенны, блок аналого-цифровых преобразователей, подключенный к выходу блока усилителей, блок управления, подключенный к выходу блока аналого-цифровых преобразователей и к входу многоканального генератора, и блок интерфейса, подключенный между выходом блока управления и надводным блоком обработки и визуализации, при этом надводный блок обработки и визуализации содержит последовательно соединенные блок распаковки сигналов, блок формирователей характеристик направленности, блок вычисления корреляционных функций и блок формирования акустического изображения.



 

Похожие патенты:

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.

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.

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.

Использование: изобретение представляет собой электронное устройство и относится к области гидроакустики и гидролокации. Устройство предназначено для поиска и обнаружения искусственных подводных объектов, таких как затонувшие корабли, техника, подводные аппараты, трубопроводы и другие искусственные подводные сооружения. Сущность: устройство содержит блок приемоизлучателей (гидроакустическую антенну) (1), блок усилителей и полосовых фильтров (2), блок аналого-цифровых преобразователей (АЦП) (3), блок согласованных фильтров (4), генератор сигнала посылки (5), усилитель мощности (6), измерительное устройство (7), вычислитель (8) и детектор (9). Функцией блока согласованных фильтров является осуществление оптимального приема отраженного эхо-сигнала на фоне помех. Функцией измерительного устройства является измерение параметра формы распределения и характеристической частоты эхо-сигнала на выходе согласованного фильтра. Функцией вычислителя является вычисление отношения параметра формы и характеристической частоты эхо-сигнала. Функцией детектора является сравнение полученного числа на выходе вычислителя с пороговым значением и принятие решения: обнаружен искомый объект локации или нет. Технический результат: уменьшение случайной погрешности и увеличение достоверности обнаружения объекта в присутствии шумов и помех. 1 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 ил.

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано для обнаружения движущегося источника звука, измерения азимутального угла на источник и горизонта источника в мелком море в пассивном режиме с помощью акустических приемников, установленных на морском дне, координаты которых и угловое положение считаются известными. Технический результат - дополнительное увеличение помехоустойчивости элементарного комбинированного приемника и всего комплекса в целом, а также увеличение точности определения горизонта источника. Гидроакустический комплекс содержит N акустических комбинированных приемников, образующих две идентичные донные вертикально ориентированные эквидистантные антенны по M=N/2 комбинированных приемников в каждой, каждый из которых состоит из гидрофона, трехкомпонентного векторного приемника и соединенных с ними усилителей, телеметрический блок, вход которого соединен с выходом акустических комбинированных приемников, включающий делители напряжения, аналого-цифровую преобразующую схему, единую схему электронного мультиплексирования, модулятор и оптический излучатель, связанный оптической линией связи с оптическим ресивером, систему сбора, обработки и передачи информации, содержащую блок сбора, обработки и передачи информации и устройство доступа к цифровым сетям передачи данных, N-канальный блок вычисления вертикальной компоненты вектора интенсивности, блок определения максимума вертикальной компоненты вектора интенсивности, N-канальный блок вычисления горизонтальных компонент вектора интенсивности, N-канальный блок вычисления азимутального угла, блок вычисления усредненного азимутального угла, сумматор, анализатора спектра комплексной огибающей, вычислитель максимума спектра комплексной огибающей. В гидроакустический комплекс дополнительно введена подсистема определения горизонта источника с повышенной помехоустойчивостью. Эта подсистема содержит (М-1)-канальный блок дифференцирования горизонтальных компонент вектора интенсивности по вертикальной координате, (М)-канальный блок дифференцирования вертикальной компоненты вектора интенсивности по горизонтальным координатам, (М-1) канальный блок вычисления горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности, (М-1)-канальный блок вычисления горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности в повернутой системе координат, блок вычисления максимального значения горизонтальных компонент ротора вектора интенсивности в повернутой системе координат, блок определения горизонта источника, а за горизонт источника принимается среднее значение между оценкой горизонта максимума вертикальной компоненты вектора интенсивности и оценкой горизонта расположения геометрического центра четверки акустических комбинированных приемников, которой соответствует максимум угловой компоненты ротора вектора интенсивности Нφ. 3 ил.
Наверх