Способ и устройство управления робототехническим комплексом морского базирвания

Авторы патента:


Способ и устройство управления робототехническим комплексом морского базирвания
Способ и устройство управления робототехническим комплексом морского базирвания
Способ и устройство управления робототехническим комплексом морского базирвания
Способ и устройство управления робототехническим комплексом морского базирвания
Способ и устройство управления робототехническим комплексом морского базирвания
Способ и устройство управления робототехническим комплексом морского базирвания
Способ и устройство управления робототехническим комплексом морского базирвания
Способ и устройство управления робототехническим комплексом морского базирвания
Способ и устройство управления робототехническим комплексом морского базирвания
Способ и устройство управления робототехническим комплексом морского базирвания
Способ и устройство управления робототехническим комплексом морского базирвания
Способ и устройство управления робототехническим комплексом морского базирвания

 


Владельцы патента RU 2614864:

Публичное акционерное общество "Информационные телекоммуникационные технологии" (ПАО "Интелтех") (RU)

Изобретения относятся к области электрорадиотехники, а именно к подводной технике электромагнитной связи. Технический результат состоит в повышении надежности и качества связи, а также помехозащищенности канала связи. Для этого способ и устройство управления робототехническим комплексом морского базирования позволяют повысить пространственную избирательность приема, увеличить зоны чувствительности приема по скалярному либо векторному электродинамическому потенциалу пространства, а следовательно, и увеличить дальность связи при обмене данными между управляющим объектом и объектом управления. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 11ил.

 

Заявленные технические решения относятся к области электрорадиотехники, а именно к подводной технике электромагнитной связи, касаются приема и передачи сигналов подводными объектами включая морские робототехнические комплексы (МРТК), автономные необитаемые подводные аппараты (АНПА) и батискафы, используемые для обслуживания коммуникаций портов, морских проходов узкостей* (*морские проходы узкостей - канал, пролив, фарватер, проход в порт, к пирсам и пр.), буровых платформ, морских путепроводов, а также ведения работ по мониторингу подводной обстановки без всплытия МРТК, в том числе в подледном положении.

Известен способ передачи телеметрической информации с забоя шельфовой скважины на морскую платформу [1], относящийся к системам передачи телеметрической информации для морских буровых установок и содержащий этапы, на которых формируют скважинную информацию в виде электромагнитного сигнала, излучают этот сигнал с помощью излучателя и принимают телеметрическую информацию в виде электромагнитного сигнала. При этом прием телеметрической информации осуществляют с помощью кабельной антенны с отрицательной плавучестью. Причем в состав кабельной антенны входят активный двухэлектродный участок и симметричный фидер в виде скрученной пары проводов. При этом длина фидера выбирается не меньше глубины моря в месте погружения кабельной антенны на шельф. Кроме того, сигнал, принимаемый антенной, может быть усилен с помощью усилителя, включенного в состав кабельной антенны между активным двухэлектродным участком и симметричным фидером. Дополнительно принимаемый сигнал фильтруют с помощью режекторного фильтра, включенного, в состав кабельной антенны между двухэлектродным участком и усилителем.

Недостатками данного способа являются высокий уровень атмосферных помех и помех, создаваемых оборудованием буровой установки, снижающие чувствительность поверхностного приемного узла и эффективность системы, а также необходимость использования для передачи телеметрической информации от забоя шельфовой скважины на морскую платформу дополнительных приборов, требующих обслуживания и снижающих надежность системы передачи информации.

Также известен способ двусторонней связи с подводным объектом [2], предназначенный для организации обмена информации погруженного в водную среду объекта с подводным, надводным, наземным и воздушным объектами. В данном способе для связи используют корпус подводного объекта в качестве активного вибратора. Между носовой и кормовой точками подводного объекта устанавливают шунтирующую перемычку. Шунтирующая перемычка служит обмоткой согласующего трансформатора. В районе кормовой и носовой точек устанавливают трансформаторы. Эти трансформаторы подсоединяют к шунтирующей перемычке. Одним из трансформаторов соединяют с входом радиоприемника, а другой - с входом радиопередатчика. При этом в качестве наиболее удаленных точек используют носовую и кормовую точки подводного объекта.

Недостатком предложенного технического решения является зависимость способа от длины шунтирующей перемычки и геометрических размеров подводного объекта, обеспечивающих максимальную дальность разнесения конечных точек его проводящего корпуса, применяемого в качестве активного электрического вибратора приемной и передающей антенн. Такое решение ориентировано на подводные объекты с большим водоизмещением и не обеспечит большие дальности связи на малых АНПА, МРТК и батискафах.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению (прототипом) является способ связи между акванавтами, рассмотренный в [3], и состоящий в том, что передаваемое сообщение преобразуется в электрический сигнал, и далее после усиления его мощности в ток приемопередающей дипольной антенны, создающей в водной среде электрическое поле, напряженность которого в месте приема преобразуется антенной в электрический сигнал, а затем в форму, удобную для восприятия. При этом обеспечивают максимум величины отношения квадрата эффективной длины антенны к модулю ее импеданса путем оптимизации размеров и формы электродов дипольной антенны и их расположения на акванавте, регулируют ток в передающем тракте и коэффициент усиления в приемном тракте исходя из значения импеданса оптимизированной антенны. Передаваемый сигнал предварительно преобразуют в цифровую форму и усиление мощности осуществляют в ключевом режиме с последующим восстановлением формы усиленного сигнала путем интегрирования перед подачей на антенну.

Недостатками способа-прототипа является низкая помехоустойчивость канала связи и обеспечение малой дальности связи способной осуществлять обмен информацией только в группе аквалангистов.

Известно устройство подводной электромагнитной связи для водолазов [4], содержащее закрепленные на шлеме водолазного снаряжения микрофон и лорингофон, связанные с ними приемопередатчик с преобразователем сигналов и с блоком питания, соединенный с преобразователем сигналов телефон. Приемопередатчик с преобразователем сигналов объединены в устройстве и снабжены излучателями в виде пары ортогональных электрических диполей, выполненных из углеродистой ткани, которые закреплены на водолазном костюме. При этом диполи приемопередающей антенны питаются токами одинаковыми по амплитуде, но сдвинутыми по фазе на 90°.

Недостатками данного устройства являются ограниченность данного вида связи телефонным режимом работы, а также зависимость дальности обеспечения связи глубиной погружения водолазов и радиусом их работы в звене водолаз-водолаз 80-120 метров, в звене корабль-водолаз 120-180 метров.

Также известно устройство для реализации способа связи между акванавтами [3], содержащее преобразователь передаваемого сообщения в электрический сигнал; усилитель мощности, выполненный в виде импульсного усилителя тока; согласующее устройство, выполненное в виде интегратора; дипольную приемопередающую антенну; усилитель принятого сигнала; преобразователь сигнала в форму, удобную для восприятия и включающую узел кодирования и декодирования речевых сообщений; блок регулировки тока в передающем тракте и коэффициента усиления в приемном тракте; модулятор, преобразующий аналоговый сигнал в цифровой; блок измерения импеданса антенны или электропроводности воды.

Недостатком устройства является обеспечение малой дальности. При этом на ее величину влияет ограничение в разнесении диполей, закрепляемых на голени и предплечье акванавта, а также незначительный запас энергетических ресурсов снаряжения аквалангиста.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению (прототипом) является система подводной электромагнитной связи [5], содержащая надводную и подводную станции, при этом надводная станция содержит передатчик, содержащий соединенные последовательно микрофон, предварительный усилитель, а также соединенные последовательно усилитель мощности, согласующее устройство, выполненное в виде двухобмоточного трансформатора, и двухэлектродную водную антенну, электроды которой размещены в воде. Подводная станция содержит приемник, содержащий последовательно соединенные подводную двухэлектродную антенну, электроды которой размещены в воде, согласующее устройство, выполненное в виде двухобмоточного трансформатора, предварительный усилитель, а также выходной усилитель, к выходу которого подключены головные телефоны. Причем у надводной станции передатчик содержит соединенные последовательно кварцевый генератор на частоту и манипулятор, а также трехконтактный двухпозиционный переключатель, у которого подвижный контакт соединен со входом усилителя мощности, первый неподвижный контакт соединен с выходом манипулятора, второй неподвижный контакт с выходом фильтра нижних частот, у которого вход соединен с выходом предварительного усилителя. Надводная станция содержит дополнительно приемник, содержащий соединенные последовательно двухэлектродную водную антенну, электроды которой размещены в воде, частотно-селективное согласующее устройство, настроенное на принимаемую частоту предварительный усилитель, узкополосный фильтр на частоту тональный генератор, выходной усилитель и головные телефоны. У подводной станции приемник содержит конденсатор, двухпозиционный двухконтактный переключатель, первый и второй двухпозиционный трехконтактный переключатель, соединенные последовательно узкополосный фильтр и тональный генератор. Причем конденсатор посредством двухпозиционного переключателя соединен с выводами вторичной обмотки трансформатора входного согласующего устройства. У первого двухпозиционного трехконтактного переключателя подвижный контакт соединен с выходом предварительного усилителя, первый неподвижный контакт соединен с первым неподвижными контактом второго двухпозиционного трехконтактного переключателя, второй неподвижный контакт первого двухпозиционного трехконтактного переключателя соединен с входом узкополосного фильтра. У второго двухпозиционного трехконтактного переключателя подвижный контакт соединен с входом выходного усилителя, второй неподвижный контакт соединен с выходом тонального генератора, подводная станция содержит дополнительно передатчик, содержащий последовательно соединенные кварцевый генератор на частоту манипулятор, предварительный усилитель, усилитель мощности, частотно-селективное согласующее устройство, настроенное на частоту выполненное в виде двухобмоточного трансформатора, к первичной обмотке которого подключен конденсатор, и двухэлектродную водную антенну, электроды которой размещены в воде.

Недостатком прототипа является снижение дальности связи с увеличением глубины погружения водолаза в скафандре из-за деформация частотных характеристик электроакустических преобразователей, а также увеличении шумовых характеристик связи на глубине.

Техническим результатом, достигаемым с помощью заявленных способа и устройства управления робототехническим комплексом морского базирования, является повышение надежности, помехоустойчивости и дальности связи при обмене данными, а также расширение области применения устройств данного назначения и снижение энергопотребления.

В заявленном способе управления робототехническим комплексом морского базирования технический результат достигается следующим. При передаче телеметрическую информацию преобразуют в электрический сигнал, и далее усиливают его по мощности в ключевом режиме, преобразуют в ток приемопередающей дипольной антенны, создающей в водной среде электрическое поле, при этом обеспечивают максимум величины отношения квадрата эффективной длины антенны к модулю ее импеданса. При приеме данных с телеметрической информацией преобразуют напряженность электрического поля в водной среде в электрический сигнал на выходе антенны, согласуют параметры антенны с параметрами приемного тракта путем регулировки коэффициента усиления приемного тракта и преобразуют принятый электрический сигнал в форму, удобную для восприятия. При этом на первом этапе при приеме данных после согласования параметров антенны с параметрами приемного тракта усиливают выделенную смесь полезного сигнала из всей совокупности колебаний и шумов, выделяют радиосигнал путем частотно-селективной фильтрации на фиксированных рабочих частотах для робототехнического комплекса и для управляющего объекта, демодулируют исходные телеграфные посылки из принятого на рабочей частоте сигнала, усиливают их, декодируют в соответствие с заданным алфавитом и принятым между абонентами протоколом обмена данными. На втором этапе, получают запрос от абонента или команду в соответствие с частотно-временным расписанием на организацию сеанса связи, разворачивают второй электрод водной приемопередающей антенны, ориентируют антенну в водном пространстве по азимуту и углу места с учетом направления и скорости подводного течения, изменения курса движения робототехнического комплекса или управляющего объекта, а также путем изменения плавучести ее электродов, обеспечивая соостное или перпендикулярное положение антенн абонентов. На третьем этапе при передаче формируют сообщение на передачу в соответствие с принятым между абонентами протоколом, осуществляют ее кодировку по заданному алфавиту, формируют телеграфный сигнал путем модуляции частотой на управляющем объекте и на робототехническом комплексе. По окончании сеанса связи сворачивают второй электрод антенны и переходят в режим дежурного приема.

Ориентируют антенну в водном пространстве путем изменения плавучести ее электродов, обеспечивая соостное или перпендикулярное положение антенн абонентов, причем:

при реализации заявленного способа в алгоритме функционирования управляющего объекта, размещаемого на вертолете управления, первый электрод водной двухэлементной приемопередающей антенны, как и второй ее электрод, свободно разворачивается в водной среде на кабельном тросе выпускным блоком антенны, при этом электроды могут иметь как положительную так и отрицательную плавучесть, причем, для повышения надежности приема при организации связи с глубокопогруженным объектом управления первый электрод должен обладать отрицательной плавучестью;

при реализации заявленного способа в алгоритме функционирования управляющего объекта, размещаемого на обеспечивающем судне второй электрод водной двухэлементной приемопередающей антенны может иметь как положительную так и отрицательную плавучесть в зависимости от глубины размещения объекта управления;

при реализации заявленного способа в алгоритме функционирования управляющего объекта, размещаемого на обеспечивающем судне в режиме застопоренного хода первый электрод водной двухэлементной приемопередающей антенны может свободно разворачиваться в водной среде на кабельном тросе выпускным блоком антенны, причем для повышения надежности приема при организации связи с глубокопогруженным объектом управления он должен обладать отрицательной плавучестью;

при реализации заявленного способа в алгоритме функционирования управляющего объекта, размещаемого на донной станции второй электрод водной двухэлементной приемопередающей антенны должен иметь положительную плавучесть;

при реализации заявленного способа в алгоритме функционирования управляющего объекта, размещаемого на придонном буе, а также в составе объекта управления, размещаемого на робототехническом комплексе, второй электрод водной двухэлементной приемопередающей антенны объектов может иметь как положительную, так и отрицательную плавучесть в зависимости от глубины размещения управляющего объекта и объекта управления;

при реализации заявленного способа в алгоритме функционирования управляющего объекта, размещаемого на береговом объекте связи первый электрод водной двухэлементной приемопередающей антенны жестко закреплен на придонном буе, а второй ее электрод жестко закреплен на подводной части берегового объекта связи, при этом кабельный трос к электродам антенны разворачивается с берегового объекта связи заблаговременно, стационарно.

Благодаря новой совокупности существенных признаков способа управления робототехническим комплексом морского базирования и введенной последовательности действий, основанной на применении объектом телеграфного вида работы, энергосберегающего режима дежурного приема с использованием трехкомпонентного преобразователя вектора напряженности электрического поля, а также переходу в режим трансляции только по команде (запросу) с изменением конфигурации водных приемопередающих двухэлектродных антенн управляющего объекта и робототехнического комплекса (ориентации их электродов в водном пространстве) обеспечивается повышение их пространственной избирательности по отношению к воздействующему однородному полю и увеличение зоны чувствительности по скалярному либо векторному электродинамическому потенциалу пространства [6], а следовательно, и увеличение дальности связи при обмене данными, а также расширение области применения технических средств данного назначения, улучшение их характеристик надежности и энергосбережения. Применение телеграфного вида работы с заданными значениями несущей частоты для управляющего объекта и робототехнического комплекса значительно повышает качество связи, поскольку позволяет применить частотную селекцию и улучшить помехозащищенность канала связи.

В заявленном устройстве управления робототехническим комплексом морского базирования технический результат достигается тем что, в известную систему подводной электромагнитной связи, содержащую приемопередатчики управляющего объекта и объекта управления, каждый из которых состоит из передающего и приемного трактов, причем, каждый передающий тракт включает источник сообщения, соединенные последовательно кварцевый генератор, модулятор-манипулятор, усилитель мощности и выходную плату согласования, а также подводную двухэлементную приемопередающую антенну, состоящую из первого и второго электродов, размещенных в водной среде, каждый приемный тракт состоит из последовательно соединенных входной платы согласования, предварительного усилителя и узкополосного фильтра, а также выходного усилителя и получателя сообщения, при этом рабочими частотами кварцевых генераторов передающих трактов управляющего объекта является частота а объекта управления частота в то время как узкополосные фильтры их приемных трактов настроены на частоты и соответственно, дополнительно введены следующие элементы. В передающий тракт включены кодер, соединенный своим входом с источником сообщения, а выходом со вторым входом модулятора-манипулятора, и выпускной блок антенны, соединенный своим информационным входом «Прд.» с выходной платой согласования, информационным входом «Прм.» и информационным выходом «Прд. 1» с первым электродом, а информационным выходом «Прд. 2» и управляющим выходом с вторым электродом водной двухэлементной приемопередающей антенны, управляющим входом с системой курсоустойчивости объекта, управляющим входом/выходом «Передача» с соответствующим входом/выходом источника сообщения, а управляющим входом «Вкл./Выкл.» и информационным выходом «Прм.» соответственно с выходом получателя сообщения и с входной платой согласования приемного тракта. В приемный тракт включены детектор/демодулятор, размещаемый между узкополосным фильтром и выходным усилителем, а также декодер, соединенный своими входом и выходом соответственно с выходным усилителем и получателем сообщения. При этом выходная плата согласования дополнительно снабжена управляющим выходом к системе курсоустойчивости объекта, первый электрод водной двухэлементной приемопередающей антенны в составе приемного тракта выполнен в виде измерительного датчика, жестко зафиксирован на подводной части объекта и собран по схеме трехкомпонентного преобразователя вектора напряженности электрического поля со сгустителями тока [6] внутри сферического металлического корпуса, используемого в составе передающего тракта как и второй электрод антенны, разворачиваемый на кабельном тросе выпускного блока антенны.

Благодаря новой совокупности существенных признаков устройства управления робототехническим комплексом морского базирования и введенных выпускных блоков антенн управляющего объекта и робототехнического комплекса, а также применения в качестве первых электродов подводных приемопередающих антенн, сферического трехкомпонентного преобразователя вектора напряженности электрического поля со сгустителями тока, прикрепленного к подводному корпусу объекта, а в качестве вторых - сфероидальных сгустителей первичного тока, снижается парусность при использовании электродов антенны в движущихся потоках электролита (в водной среде), обеспечивается повышение их маневренности (мобильности) и пространственной избирательности по отношению к воздействующему однородному полю из-за оперативного изменения конфигурации и длины водной антенны, а также увеличивается зона чувствительности по скалярному либо векторному электродинамическому потенциалу пространства [6], а следовательно, и увеличивается дальность связи при обмене данными в телеграфном режиме.

Заявленные технические решения поясняются чертежами, на которых показаны:

на фиг. 1 - Силовые линии электрического поля, поясняющие физический смысл предложенного способа:

а) силовые линии и эквипотенциальные поверхности электрического поля для уединенных зарядов,

б) силовые линии электрического диполя;

на фиг. 2 - Электрический момент диполя:

а) картина силовых линий электрического диполя, воздействующих на точку М пространства,

б) к определению дальности связи предложенным способом;

на фиг. 3 - Блок-схема алгоритма способа управления робототехническим комплексом морского базирования;

на фиг. 4 - Структурная схема устройства, реализующего способ управления робототехническим комплексом морского базирования;

на фиг. 5. - Функциональная схема устройства, реализующего способ управления робототехническим комплексом морского базирования;

на фиг. 6 - Функциональная схема водной двухэлементной приемопередающей антенны;

на фиг. 7 - Принципиальная схема передающего электрода водной двухэлементной дипольной антенны:

а) сферический электрический диполь, размещаемый на корпусе робототехнического комплекса (управляющего объекта),

б) буксируемый сферический электрический диполь,

в) принципиальная схема буксируемого сферического передающего электрода водной двухэлементной антенны;

на фиг. 8 - Принципиальная схема первого электрода (приемного) водной двухэлементной приемопередающей антенны в виде бесконтактного трансформаторного датчика со сгустителем первичного тока:

а) состав бесконтактного трансформаторного датчика,

б) принципиальная схема первого электрода (приемного) водной двухэлементной приемопередающей антенны в составе бесконтактного трансформаторного датчика с одноэлементным сгустителем тока,

в) внешний вид первого электрода (приемопередающего) бесконтактного трансформаторного датчика в виде сферического трехкомпонентного преобразователя вектора напряженности электрического поля для использования в движущихся потоках электролита (водной среде),

г) внешний вид буксируемого первого электрода водной антенны, используемого при варианте применения на вертолете управления или обеспечивающего судна на застопоренном ходу,

д) внешний вид первого электрода водной антенны, закрепляемого на корпусе обеспечивающего судна, придонного буя, донной станции;

на фиг. 9 - Варианты применения устройства в составе обеспечивающего судна и вертолета управления:

а) вариант применения устройства в направлении «Корабль обеспечения - МРТК» (буксировка водной антенны на ходу обеспечивающего судна с электродами положительной плавучести; применение глубинной антенны с отрицательной плавучестью электродов на застопоренном ходе обеспечивающего судна),

б) вариант применения устройства в направлении «Вертолет управления - МРТК» с развертыванием глубинной приемопередающей антенны с отрицательной плавучестью обоих электродов,

в) вариант применения устройства в направлении «Вертолет управления - МРТК» с развертыванием приемопередающей антенны с положительной плавучестью обоих электродов;

на фиг. 10 - Варианты применения устройства в составе придонного буя и донной станции:

а) вариант применения устройства в направлении «Придонный буй - МРТК» с нейтральной плавучестью вторых электродов водных антенн объектов,

б) вариант применения устройства в направлении «Придонный буй - МРТК» с положительной (отрицательной) плавучестью второго электрода водных антенн придонного буя и МРТК в зависимости от их глубины размещения,

б) вариант применения устройства в направлении «Донная станция - МРТК» с положительной плавучестью второго электрода водной антенны;

на фиг. 11 - Вариант применения устройства в направлении «Берег - МРТК» для условий обслуживания морских проливов и пр. проходов узкостей.

Сущность заявленных способа и устройства управления робототехническим комплексом морского базирования основана на изменении электромагнитного поля (ЭМП) проводящей водной (морской) среды на передающей стороне (на управляющем объекте или МРТК) и измерении величины ЭМП проводящей водной (морской) среды на приемной стороне (соответственно, МРТК или управляющем объекте). При этом важнейшим этапом проведения измерений является обоснованный выбор водной дипольной приемопередающей антенны в виде двух разнесенных в проводящей среде электродов-датчиков (первичных преобразователей), и ее использование (развертывание и ориентация в пространстве в районе применения).

Такая подводная протяженная антенна представляет собой два электрода, соединенных с согласующим устройством посредством выпускного кабельного троса. В отличие от локальных датчиков на преобразователи такого типа не накладывается никаких ограничений по однородности воздействующего поля и на соотношение длины волны регистрируемого поля с размерами антенны [6].

О реализуемости и важности подводного электромагнитного канала связи говорит описание одного из устройств в работе [7]. Говоря о японской системе связи для водолазов SWL-10, авторы данной работы отмечают, что «к положительным свойствам системы электромагнитной связи относятся простота, малая стоимость, хорошая надежность и эффективность, а также возможность работы в условиях, где гидроакустическая связь оказывается малоэффективной (наличие сильных шумовых помех, различных препятствий, например рифов)». Также из систем навигации известно описанное в [8] электромагнитное устройство, позволяющее судну избегать приближения к берегу в морских узкостях (каналах, проливах). Оно реагирует на изменение структуры искусственно созданного электромагнитного поля при приближении судна к препятствию, например, к краю канала, фарватера или при подходе к пирсу.

Физический смысл осуществления предложенных способа и устройства управления робототехническим комплексом морского базирования поясняется с помощью фиг. 1, а, б. При этом электрический диполь образуют путем размещения двух равных, но противоположных по знаку зарядов ±q на расстоянии l друг от друга. Тогда электрический момент диполя р равен р=ql.

Поля и потенциалы каждого из зарядов (см. фиг. 1а) известны. Если начало сферической системы координат поместить в центр одного из зарядов, то (с учетом знака заряда), учитывая закон Кулона, где ε0 - диэлектрическая проницаемость вакуума, имеем (см. приложение А)

Как видно из этих формул, поля и потенциалы в точках +q и -q имеют особенности: они обращаются в бесконечность. Если не говорить об особых точках, то, в соответствии с принципом суперпозиции, поля и потенциалы от отдельных зарядов надо сложить: потенциалы арифметически, поля - геометрически.

Обоснование использования в качестве приемопередающей антенны электрического диполя (см. фиг. 1б) и определение дальности связи заявленным способом приведены в приложении А.

Исходя из чего величина потенциала, в точке М (см. фиг. 2б) пространства равна

Картина силовых линий диполя приведена на фиг. 2, а.

Такую же операцию можно проделать и для векторов и а их геометрическую сумму разложить по ортам единой системы координат с центром в точке 0. На расстояниях r>>1 получается компактная формула (начало координат в точке 0)

Имея общую формулу для потенциала, нетрудно найти и формулу для общего поля (в силу симметрии задачи азимутальных изменений в системе нет)

Реализация заявленного способа управления робототехническим комплексом морского базирования объясняется алгоритмом, представленным на фиг. 3.

На первом этапе способа осуществляют подготовку к проведению сеанса связи по обмену данными:

при этом в блок исходных данных для организации сеанса связи входят:

параметры района размещения объекта (соленость воды и ее электропроводность; тип управляющего объекта и глубина размещения его антенны, в зависимости от варианта применения; рельеф и параметры подстилающей поверхности дна и пр.),

скорость и направление подводного морского течения (на глубине развертывания водной антенны),

параметры маршрутов движения МРТК (маршрут ведения мониторинга; время прохождения и удаленность нахождения от управляющего объекта; скорость движения; глубина движения и пр.),

частотно-временная матрица (ЧВМ) сеансов связи (частоты на прием и на передачу; время доведения управляющей информации до МРТК, время сбора данных мониторинга от МРТК),

протоколы установления связи и обмена данными, например, протокол МАСА* (*МАСА (Multiple Access with Collision Avoidance) - протокол для беспроводных локальных сетей, обеспечивающий множественный доступ с предотвращением столкновений.) и др.

сигнально-кодовые конструкции (псевдослучайные последовательности автопуска канала приема) для МРТК и управляющего объекта,

на шаге 1 на управляющем объекте и на МРТК обеспечивают режим дежурного приема, который позволяет осуществлять нормальное функционирование объекта по заданной программе (см. блок исходных данных алгоритма) с минимальными затратами энергопотребления. При этом используется только приемный электрод приемопередающей антенны, с помощью которого постоянно измеряется величина электромагнитного поля проводящей водной (морской) среды в точке приема;

на шаге 2 осуществляют преобразование напряженности электрического поля водной среды в электрический сигнал антенны, когда первичный ток увеличивается за счет применения приемного электрода водной антенны в виде сферического трехкомпонентного преобразователя вектора напряженности электрического тока, представленного трансформаторным датчиком со сгустителем первичного тока и зонами чувствительности по скалярному и по векторному электродинамическим потенциалам в трехмерном пространстве;

на шаге 3 осуществляют частотно-селективное согласование антенны с приемным трактом и выделение полезного сигнала из всей совокупности колебаний и шумов, наводимых в антенне. Причем для улучшения условий согласования используют исходные данные (см. блок исходных данных алгоритма), а при необходимости изменяют курс обеспечивающего судна или робототехнического комплекса для получения соостности или перпендикуляра в размещении сгустителя тока приемного датчика с антенной абонента в пространстве;

на шаге 4 осуществляют предварительное усиление принятой в антенне смеси полезного сигнала и шума с большим входным сопротивлением;

на шаге 5 из принятой смеси полезного сигнала и шума выделяют полезный сигнал на фиксированной частоте в приемном тракте робототехнического комплекса (см. п. 5.2 алгоритма) и на частоте (см. п. 5.1 алгоритма) в приемном тракте управляющего объекта исходя из априори известных спектральных характеристик полезного сигнала;

на шаге 6 демодулируют принятое сообщение путем выделения исходных (переданных) телеграфных посылок из принятого сигнала;

на шаге 7 усиливают принятые телеграфные посылки для их последующего декодирования;

на шаге 8 декодируют сообщение путем представления его из принятой последовательности телеграфных посылок при помощи некоторого алфавита знаков (например, в кодировке КОИ-8 или азбуки Морзе);

на шаге 9 осуществляют прием сообщения получателем путем обратного представления информации из принятого сообщения в соответствие с установленным протоколом обмена в аппаратуре передачи данных робототехнического комплекса или управляющего объекта. Регистрируют принятое сообщение в необходимой для получателя форме (виде) и производят последующую обработку сообщения для принятия решения (управляющего воздействия).

На втором этапе способа осуществляют развертывание водной антенны для подготовки к передаче данных:

на шаге 10 организуют сеанс связи, причем команда на его проведение может поступить как в соответствие с частотно-временным расписанием (см. блок исходных данных и п. 10.1 алгоритма), так и по запросу от абонента (см. п. 10.2 алгоритма) путем регистрации на приемной стороне изменения величины напряженности ЭМП водной среды в точке приема (в точке размещения приемного электрода антенны объекта). Сеанс связи по команде организуют в строгом соответствии с временем проведения сеанса для данного абонента (по заранее заложенной на МРТК программе) и на частоте, установленной ЧВМ. При этом для каждого сеанса связи частоты передачи (приема) могут быть постоянными или изменяться в соответствие с ЧВМ. Команда для начала сеанса связи является командой на развертывание второго электрода приемопередающей антенны. В случае необходимости (аварийной ситуации) сеанс связи может быть установлен и по запросу от абонента (управляющего объекта в отношении к МРТК или МРТК в отношении к управляющему объекту). По получении команды ЧВМ или запроса абонента на организацию сеанса связи определяют необходимые параметры для развертывания второго электрода приемопередающей антенны с выходом из режима энергосбережения;

нам шаге 11 проверяют условие: если получена команда от ЧВМ или принят запрос от абонента на начало сеанса связи дают команду на развертывание второго электрода приемопередающей антенны, а при завершении сеанса связи и получении подтверждения на это абонента (при развернутом втором электроде антенны) - сворачивают водную приемопередающую антенну;

на шаге 12 разворачивают второй электрод водной приемопередающей антенны (см. п. 12.1 алгоритма). При этом учитывают данные постоянного мониторинга района сеанса связи (маршрута движения) и данные об абоненте (см. блок исходных данных алгоритма). Для развертывания антенны подают команду на включение выпускного блока антенны для стравливания выпускного троса с закрепленным на конце вторым электродом антенны. Разворачиваемый кабельный трос приемо-передающей антенны с электродами на концах, выпускают на необходимую длину с учетом обеспечения требуемой дальности связи при заданной мощности зарядов электродов антенны в ключевом режиме. По завершении сеанса связи сворачивают второй электрод приемопередающей антенны (см. п. 12.2 алгоритма);

на шаге 13 ориентируют антенну в водном пространстве по курсу* (*курс - угол между северным направлением меридиана и диаметральной плоскостью судна по направлению его движения, отсчитываемый в градусах по часовой стрелке (0-360°).) движения МРТК и его дифференту** (**дифферент - наклон судна в продольной плоскости или разница осадок судна носом и кормой.) в абсолютной системе координат (СК) азимуту, углу места и глубине. Причем в ходе развертывания изменяют величину плавучести второго электрода (положительная, отрицательная, нейтральная), учитывают направление и скорость подводного течения (см. блок исходных данных алгоритма), скорость и направление движения (маневренность объекта на маршруте мониторинга). Ориентация второго электрода по азимуту, углу места и глубине производится относительно положения первого электрода антенны объекта, а для улучшения чувствительности, надежности и помехоустойчивости приема может осуществляться - также относительно размещения оси антенны абонента. Причем наилучших значений чувствительности антенны по пространству (в зависимости от взаимного расположения антенны абонента-источника и антенны абонента-приемника) можно добиться при обеспечении размещения антенн в зонах чувствительности по скалярному электродинамическому потенциалу, или по векторному электродинамическому потенциалу, т.е. параллельно или перпендикулярно взаимного расположения их осей при фиксированных остальных параметрах. При отклонении от номинального режима, например, при увеличении осевого смещения антенн (параллельного или перпендикулярного) уменьшается электромагнитная связь между электродами антенн (бесконтактного трансформаторного трехкомпонентного преобразователя вектора напряженности электрического поля), что приведет к увеличению энергопотребления объектом для обеспечения заданной дальности связи [6];

на шаге 14 формируют и передают ответ на запрос о готовности сеанса (запрос на проведение сеанса) в соответствие с принятым протоколом обмена данными. При этом устанавливают (корректируют) параметры сеанса связи (изменение мощности передачи, длины антенны и ее ориентации, сокращение дальности между абонентами) по требованию абонента для повышения надежности связи, чувствительности приема и улучшения помехоустойчивости (соотношения сигнал/шум), что реализуется на сеансовом уровне (протоколом);

на шаге 15 проверяется условие завершения программы миссии робототехнического комплекса. При продолжении мониторинга (программы МРТК) - переход в режим дежурного приема (см. шаг 1 алгоритма), при завершении миссии - остановка алгоритма.

На третьем этапе способа осуществляют передачу данных:

на шаге 16 формируют сообщение на передачу в соответствие с принятым протоколом в аппаратуре передачи данных управляющего объекта (МРТК);

на шаге 17 кодируют сообщение путем его представления (ставят в соответствие) при помощи некоторой последовательности знаков (алфавита), например в кодировке КОИ-8* (*КОИ-8 (KOI8) - восьмибитовый код обмена информацией, совместимый с ASCII (англ. American Standard Code for Information Interchange - американский стандартный код для обмена информацией) - представляет собой кодировку для представления десятичных цифр, латинского и национального алфавитов, знаков препинания и управляющих символов.) или азбуки Морзе;

на шаге 18 осуществляют синтез фиксированной частоты в узкой полосе диапазона 1-10 кГц. Причем для обеспечения полудуплексного режима работы управляющий объект передачу ведет на частоте (см. шаг. 18.1 алгоритма), а МРТК - на частоте (см. п. 18.2 алгоритма);

на шаге 19 осуществляют формирование телеграфного сигнала путем модуляции сообщения в ключевом режиме;

на шаге 20 усиливают сигнал до необходимой мощности в ключевом режиме с последующим восстановлением формы усиленного сигнала путем интегрирования перед подачей на антенну;

на шаге 21 осуществляют частотно-селективное согласование с антенной посредством трансформаторной связи. При этом эффективность связи определяют величиной дипольного момента создаваемого в антенне, где I - ток в антенне, а - эффективная длина антенны (длина разноса ее электродов в пространстве). Мощность Р в антенне равна: P=I2×|Z|, где Z - импеданс антенны. При P=const величина дипольного момента тем больше, чем больше и чем меньше ее сопротивление. Причем для улучшения условий согласования используют исходные данные (см. блок исходных данных алгоритма), а при необходимости изменяют курс обеспечивающего судна или робототехнического комплекса для получения соостности или перпендикуляра в размещении антенны и сгустителя тока приемного датчика абонента в пространстве;

на шаге 22 осуществляют преобразование электрического сигнала в ток антенны, электроды которой питаются токами равными по амплитуде, но сдвинутыми по фазе на 90°, что создает в водной среде электрическое поле напряженностью Е. Такая антенна обеспечивает отсутствие направленности в горизонтальной плоскости, имея круговую диаграмму направленности (ДН). Для создания максимального дипольного момента в способе применен наибольший разнос электродов антенны. Далее алгоритм повторяют с шага 2 до шага 15, пока не будет завершен сеанс обмена телеметрической информации и Останов.

Ориентируют антенну в водном пространстве по азимуту и углу места с учетом направления и скорости подводного течения, изменения курса движения робототехнического комплекса или управляющего объекта, а также путем изменения плавучести ее электродов, обеспечивая соостное или перпендикулярное положение антенн абонентов, причем:

при реализации заявленного способа, когда управляющий объект, размещается на вертолете управления, первый электрод водной двухэлементной приемопередающей антенны, как и второй ее электрод, свободно разворачивается в водной среде на кабельном тросе выпускным блоком антенны, при этом электроды могут иметь как положительную, так и отрицательную плавучесть, причем для повышения надежности приема при организации связи с глубоко-погруженным объектом управления первый электрод должен обладать отрицательной плавучестью;

при реализации заявленного способа, когда управляющий объект, размещается на обеспечивающем судне второй электрод водной двухэлементной приемопередающей антенны может иметь как положительную, так и отрицательную плавучесть в зависимости от глубины размещения объекта управления;

при реализации заявленного способа, когда управляющий объект, размещается на обеспечивающем судне в режиме застопоренного хода первый электрод водной двухэлементной приемопередающей антенны может свободно разворачиваться в водной среде на кабельном тросе выпускным блоком антенны, причем для повышения надежности приема при организации связи с глубокопогруженным объектом управления он должен обладать отрицательной плавучестью;

при реализации заявленного способа, когда управляющий объект, размещается на донной станции второй электрод водной двухэлементной приемопередающей антенны должен иметь положительную плавучесть;

при реализации заявленного способа, когда управляющий объект, размещается на придонном буе, а также в составе объекта управления, размещаемого на робототехническом комплексе, второй электрод водной двухэлементной приемопередающей антенны объектов может иметь как положительную, так и отрицательную плавучесть в зависимости от глубины размещения управляющего объекта и объекта управления.

при реализации заявленного способа, когда управляющий объект, размещается на береговом объекте связи первый электрод водной двухэлементной приемопередающей антенны жестко закреплен на придонном буе, а второй ее электрод жестко закреплен на подводной части берегового объекта связи, при этом кабельный трос к электродам антенны разворачивается с берегового объекта связи стационарно.

Заявленное устройство управления робототехническим комплексом морского базирования, структурная схема которого показана на фиг. 4, состоит из приемопередатчика управляющего объекта 1, который может размещаться на обеспечивающем судне, вертолете управления, придонном буе, донной станции или береговом объекте связи, а также приемопередатчика объекта управления (морского робототехнического комплекса) 2. Приемопередатчики управляющего объекта 1 и объекта управления 2 состоят из передающего тракта, соответственно 1.1 и 2.1, предназначенного для формирования, усиления и передачи в антенну передаваемого сообщения, а также приемного тракта, соответственно 1.2 и 2.2, предназначенного для приема из антенны, селекции на фиксированной рабочей частоте и усиления принимаемого сигнала, а также преобразования его в сообщение. Общим элементом приемных и передающих трактов приемопередатчиков управляющего объекта 1 и объекта управления 2 являются подводные двухэлементные приемопередающие антенны, размещаемые в водной среде, выступающей в качестве среды распространения электромагнитных волн, посредством которых осуществляется взаимодействие между объектами.

В передающий тракт 1.1 (2.1) конструктивно входят (см. фиг. 5):

источник сообщения 1.1.1 (2.1.1), который представлен в виде физического объекта, предназначенного для формирования конкретного сообщения (команды управления). Источником сообщения может выступать аппаратура передачи данных комплекса связи управляющего объекта (объекта управления) [11];

кодер 1.1.2 (2.1.2) - предназначен для представления амплитудных отсчетов физических величин сообщения (управляющих символов) в некоторую последовательность знаков (алфавита), например в 8 разрядную кодовую комбинацию (в кодировке КОИ-8, ASCII) или азбуки Морзе [11];

кварцевый генератор 1.1.3 (2.1.3) - предназначен для получения электромагнитных колебаний фиксированной частоты с высокой температурной и временной стабильностью, низким уровнем фазовых шумов. Причем, рабочими частотами кварцевых генераторов передающих трактов управляющего объекта является частота а робототехнического комплекса частота [5];

модулятор-манипулятор 1.1.4 (2.1.4) - предназначен для формирования телеграфного сигнала путем модуляции сообщения в ключевом режиме, когда необходимо осуществить усиление частотно-модулированных колебаний постоянной амплитуды [5];

усилитель мощности 1.1.5 (2.1.5) - предназначен для усиления сигнала до необходимой мощности в ключевом режиме с последующим восстановлением формы усиленного аналогового сигнала путем интегрирования перед подачей на антенну, и выполнен в виде импульсного усилителя тока [5];

выходная плата согласования 1.1.6 (2.1.6) - предназначена для частотно-селективного согласования параметров передающего тракта с параметрами антенны посредством трансформаторной связи, выполнено в виде интегратора [5];

выпускной блок антенны 1.1.7 (2.1.7) - предназначен для выпуска, буксировки и обратной выборке кабельного троса второго электрода водной приемопередающей антенны, а также первого электрода антенны в случае использования устройства в составе вертолета управления или обеспечивающего судна на застопоренном ходу. Выпускной блок антенны по своему составу и принципу действия кинематической схемы аналогичен используемым в подводной технике выпускным буксируемым антенным устройствам (ВБАУ) [11]. При этом кабельный трос выпускного блока антенны в корпусе управляющего объекта или робототехнического комплекса выполнен в виде гибкого упрочняющего элемента, способного выдержать парусность и подводные нагрузки при буксировке второго электрода антенны на заданной скорости хода МРТК (обеспечивающего судна), питающего кабеля и соединительной линии управления изменением плавучести второго элемента антенны, либо соединительной линии связи первого элемента антенны;

подводная двухэлементная приемопередающая антенна управляющего объекта (МРТК) 1.1.8 (2.1.8) - предназначена для преобразования электрического сигнала в ток антенны и создания в водной среде электрического поля напряженностью Е, а также для обратного преобразования напряженности электрического поля водной среды в электрический сигнал антенны. При этом антенна размещается в водной среде и состоит из первого 1.1.8.1 (2.1.8.1) и второго 1.1.8.2 (2.1.8.2) электродов, а также кабельного троса, размещаемом на вьюшке (выпускном барабане) выпускного блока антенны 1.1.7 (2.1.7).

первый электрод 1.1.8.1 (2.1.8.1) водной двухэлементной приемопередающей антенны 1.1.8 (2.1.8), размещаемой в водной среде, может использоваться как на передачу в виде одного из электродов электрического диполя (см. фиг. 1, 2), так и на прием в виде датчика электрического поля водной среды, представляющий из себя трехкомпонентный преобразователь вектора напряженности электрического поля со сгустителями тока, размещенными внутри электрода. Устройство трансформаторного датчика со сгустителями первичного тока и зонами чувствительности по скалярному и по векторному электродинамическим потенциалам в трехмерном пространстве известны из [6]. Для заявляемого устройства, используемого в движущихся потоках электролита (морской воде) предпочтительнее использовать сферические формы электродов антенны (см. фиг 8). Первый электрод 1.1.8.1 (2.1.8.1) водной двухэлементной приемопередающей антенны 1.1.8 (2.1.8) в заявленном устройстве предполагается использовать путем жесткого закрепления его на корпусе подводного объекта МРТК (придонного буя, донной станции, обеспечивающего судна), как показано на фиг. 6, 9-11. В случае использования вариантов применения первого электрода в составе глубинной двухэлементной приемопередающей антенны, разворачиваемой с вертолета управления или обеспечивающего судна на застопоренным ходе предполагается его использование на выпускном кабельном тросе, как показано на фиг. 9б;

второй электрод 1.1.8.2 (2.1.8.2) водной двухэлементной приемопередающей антенны 1.1.8 (2.1.8), используется в качестве второго элемента электрического диполя (см. фиг. 1, 2). В походном положении (вариант использования МРТК по прямому назначению - мониторинг обстановки) он находится на МРТК (управляющем объекте) в компактном размещении (см. фиг. 9, а) совместно с выпускным блоком антенн и только по команде на организацию сеанса связи (режим передачи) в соответствие с частотно-временным расписанием (ЧВМ) или по запросу абонента разворачивается на выпускном тросе антенны в рабочее состояние. Второй электрод может быть, также как и первый, выполнен в виде сферического (см. фиг. 7, 8) сгустителя первичного тока, имеющим возможность свободно разворачиваться в водной среде на длину кабельного троса и изменять свою конфигурацию (ориентацию) в пространстве по азимуту, углу места и глубине с учетом положительной, отрицательной или нейтральной плавучести, изменения силы и направления подводного течения, а также курса и скорости хода обеспечивающего судна или робототехнического комплекса. Для создания максимального дипольного момента в устройстве применен наибольший разнос электродов водной антенны в зависимости от возможностей энергетической установки объекта и дальности организации связи. Устройство протяженных двухэлектродных антенн с точечными электродами для использования в движущихся потоках электролита известны из [6]. Отличительной особенностью применяемого в заявленном устройстве от описанных в [6] интегральных датчиков поля является применение в корпусе электрода-датчика балластных емкостей контроля плавучести (см. фиг. 7в), заполняемых воздухом (емкость на верхней части фиг. 7в) и водой (емкость на нижней части фиг. 7в). Причем балластная емкость с водой изменяемого объема через перепускной водяной клапан (ПК) и заборно-выпускной штуцер на поверхности сферического электрода имеет выход в водную среду. Перепускной водяной клапан управляется дозатором балласта (ДБ) посредством соединительной линии управления плавучестью электрода, подключенной через ниппельный уплотнитель корпуса электрода-датчика к выпускному кабельному тросу выпускного блока антенны устройства, что позволяет изменять положение второго электрода по глубине в процессе развертывания водной антенны объекта.

В приемный тракт 1.2 (2.2) конструктивно входят:

входная плата согласования 1.2.1 (2.2.1) - предназначена для частотно-селективного согласования параметров приемного тракта с параметрами антенны посредством трансформаторной связи и выделения полезного сигнала из всей совокупности колебаний, наводимых в антенне от различных энергетически активных подводных излучателей, выполнена в виде интегратора [5]. При этом выходная плата согласования 1.1.6 (2.1.6) передающего тракта и входная плата согласования 1.2.1 (2.2.1) приемного тракта в приемопередатчике 1 (2) конструктивно могут быть объединены в блок согласования с антенной (БСА).

предварительный усилитель 1.2.2 (2.2.2) - предназначен для преобразования слабого электрического сигнала в более мощный и известен из [5];

узкополосный фильтр 1.2.3 (2.2.3) - предназначен для выделения сигнала на фиксированной рабочей частоте, исходя из известных спектральных характеристики полезного сигнала и шума. Причем, узкополосный фильтр 1.2.3 приемного тракта приемопередатчика управляющего объекта 1 настроен на частоту узкополосный фильтр приемного тракта приемопередатчика 2 МРТК на частоту соответственно. Устройство фильтра известно из [5];

детектор-демодулятор 1.2.4 (2.2.4) - предназначен для выделения исходного (переданного) первичного сообщения из принятого на рабочей частоте сигнала. Устройство детектора-демодулятора известно из [5];

выходной усилитель 1.2.5 (2.2.5) - предназначен для усиления полезного сигнала до значения, обеспечивающего нормальную работу декодера и оконечного устройства (получателя сообщения). Его устройство известно из [5];

декодер 1.2.6 (2.2.6) - предназначен для декодирования знаков сообщения путем представления их методом преобразования принятой последовательности телеграфных посылок с помощью некоторого алфавита (например, в кодировке КОИ-8 или азбуке Морзе). Его устройство известно из [11];

получатель сообщения 1.2.7 (2.2.7) - предназначен для регистрации принятых сообщений в необходимой форме (виде), их обработки и принятия решения. Источник сообщения 1.1.1 (2.1.1) и получатель сообщения 1.2.7 (2.2.7) в приемопередатчике 1 (2) управляющего объекта (МРТК) конструктивно могут быть объединены в аппаратуру передачи данных (АПД) [11].

Взаимосвязь элементов заявленного устройства управления робототехническим комплексом морского базирования, содержащее приемопередатчики управляющего объекта 1 и объекта управления 2, каждый из которых состоит из передающего 1.1 (2.1) и приемного 1.2 (2.2) трактов, представлена на фиг. 5. Каждый передающий тракт 1.1. (2.1) включает источник сообщения 1.1.1 (2.1.1), соединенные последовательно кварцевый генератор 1.1.3 (2.1.3), модулятор-манипулятор 1.1.4 (2.1.4), усилитель мощности 1.1.5 (2.1.5) и выходную плату согласования 1.1.6 (2.1.6), а также подводную двухэлементную приемопередающую антенну 1.1.8 (2.1.8), состоящую из первого 1.1.8.1 (2.1.8.1) и второго 1.1.8.2 (2.1.8.2) электродов, размещенных в водной среде. Каждый приемный тракт 1.2 (2.2) состоит из последовательно соединенных входной платы согласования 1.2.1 (2.2.1), предварительного усилителя 1.2.2 (2.2.2) и узкополосного фильтра 1.2.3 (2.2.3), а также выходного усилителя 1.2.5 (2.2.5) и получателя сообщения 1.2.7 (2.2.7). Причем рабочими частотами кварцевых генераторов 1.1.3 (2.1.3) передающих трактов 1.1 (2.1) управляющего объекта 1 является частота а объекта управления 2 частота в то время как узкополосные фильтры 1.2.3 (2.2.3) их приемных трактов 1.2 (2.2) настроены на частоты и соответственно. При этом в передающий тракт дополнительно включены кодер 1.1.2 (2.1.2), соединенный своим входом с источником сообщения 1.1.1 (2.1.1), а выходом со вторым входом модулятора-манипулятора 1.1.4 (2.1.4), и выпускной блок антенны 1.1.7 (2.1.7), соединенный своим информационным входом «Прд.» с выходной платой согласования 1.1.6 (2.1.6), информационным входом «Прм.» и информационным выходом «Прд. 1» с первым электродом 1.1.8.1 (2.1.8.1), а информационным выходом «Прд. 2» и управляющим выходом с вторым электродом 1.1.8.2 (2.1.8.2) водной двухэлементной приемопередающей антенны 1.1.8 (2.1.8), управляющим входом с системой курсоустойчивости объекта (на фиг. 5 не показана), управляющим входом/выходом «Передача» с соответствующим входом/выходом источника сообщения 1.1.1 (2.1.1), а управляющим входом «Вкл./Выкл.» и информационным выходом «Прм.» соответственно с выходом получателя сообщения 1.2.7 (2.2.7) и с входной платой согласования 1.2.1 (2.2.1) приемного тракта 1.2 (2.2). В приемный тракт дополнительно включены детектор-демодулятор 1.2.4 (2.2.4), размещаемый между узкополосным фильтром 1.2.3 (2.2.3) и выходным усилителем 1.2.5 (2.2.5), а также декодер 1.2.6 (2.2.6), соединенный своими входом и выходом соответственно с выходным усилителем 1.2.5 (2.2.5) и получателем сообщения 1.2.7 (2.2.7). Причем выходная плата согласования 1.1.7 (2.1.7) дополнительно снабжена управляющим выходом к системе курсоустойчивости объекта (на фиг. 5 не показана), первый электрод 1.1.8.1 (2.1.8.1) водной двухэлементной приемопередающей антенны 1.1.8 (2.1.8) в составе приемного тракта 1.2 (2.2) выполнен в виде измерительного датчика, жестко зафиксирован на подводной части объекта и собран по схеме трехкомпонентного преобразователя вектора напряженности электрического поля со сгустителями тока внутри сферического металлического корпуса, используемого, как и в случае второго электрода 1.1.8.2 (2.1.8.2) антенны 1.1.8 (2.1.8), в составе передающего тракта 1.1 (2.1), причем второй электрод 1.1.8.2 (2.1.8.2) может разворачиваться на кабельным тросе выпускного блока антенны 1.1.7 (2.1.7) на максимальное удаление, в зависимости от возможностей энергетической установки объекта и дальности организации связи.

Заявленное устройство управления робототехническим комплексом морского базирования работает в трех режимах:

режим приема данных (дежурного приема);

режим развертывания водной антенны;

режим передачи данных.

При реализации режима приема данных (дежурного приема) устройство фактически осуществляет сбор информации (мониторинг) в режиме энергосбережения. При этом задействован только первый электрод 1.1.8.1 (2.1.8.1) водной двухэлементной приемопередающей антенны 1.1.8 (2.1.8), закрепленный на корпусе робототехнического комплекса, придонного буя или донной станции, а также подводной части днища обеспечивающего судна. Он используется как измерительный датчик, собранный по схеме трехкомпонентного преобразователя вектора напряженности электрического поля со сгустителями тока внутри сферического металлического корпуса (см. фиг. 8). Сферическая форма электрода удобна при измерениях в движущихся потоках электролита (водной среде). Использование трехкомпонентного преобразователя вектора напряженности электрического поля, показанного на фиг. 8в, г, д, оправдано повышением чувствительности датчика в трехмерном пространстве с получением зон чувствительности по скалярному электродинамическому и векторному электродинамическому потенциалам в водном пространстве, когда априори неизвестен азимут приближения абонента (управляющего объекта или робототехнического комплекса), а также факта использования им горизонтальных или вертикальных галсов в ходе отработки задач мониторинга. Применение измерительного датчика в виде трехкомпонентного преобразователя вектора напряженности электрического поля также с вязано с тем, что для получения максимального эффекта по помехоустойчивости приема необходимо обеспечить соосность или перпендикуляр в размещении оси водной антенны объекта-абонента и проводящего стержня сгустителя тока датчика-преобразователя вектора напряженности электрического поля в точке приема [6]. При использовании в точке приема трехкомпонентного преобразователя с тремя взаимоперпендикулярными в пространстве сгустителями тока данное условие выполнить легче.

При варианте размещения управляющего объекта на вертолете управления первый электрод 1.1.8.1 (2.1.8.1) водной двухэлементной приемопередающей антенны 1.1.8 (2.1.8) в режиме дежурного приема свободно разворачивается в водной среде на кабельном тросе выпускным блоком антенны 1.1.7 (2.1.7). При этом электрод может иметь как положительную (см. фиг. 9в) так и отрицательную (см. фиг. 9б) плавучесть. Причем, для повышения чувствительности приема при организации связи с глубокопогруженным объектом управления первый электрод должен обладать отрицательной плавучестью. Для управления плавучестью электрода необходимо учитывать условия обеспечения нейтральной его плавучести, когда масса электрода равна массе воды в занятом электродом объеме, что в свою очередь зависит от плотности воды, ее солености, температуры и пр. [4]. Плавучесть электрода изменится на положительную/отрицательную, если соответственно незначительно уменьшить/увеличить объем воды в объеме электрода при сохранении постоянного значения объема воздуха или увеличить/уменьшить объем воздуха при сохранении постоянного значения объема воды. В водной среде легче обеспечить условия изменения плавучести путем изменения объема воды в объеме электрода при сохранении постоянного значения объема воздуха.

Также при нахождении обеспечивающего судна на застопоренном ходу и необходимости приема информации от глубокопогруженного объекта управления первый электрод 1.1.8.1 (2.1.8.1) водной двухэлементной приемопередающей антенны 1.1.8 (2.1.8) в режиме дежурного приема может отсоединяться от подводной части днища судна и свободно разворачиваться в водной среде на кабельном тросе выпускным блоком антенны 1.1.7 (2.1.7) (см. фиг. 9б). При этом первый электрод антенны должен обладать отрицательной плавучестью, а трос - необходимой длиной, обеспечивающей заданную глубину погружения датчика-измерителя в район проведения мониторинговых работ МРТК.

Второй электрод 1.1.8.2 (2.1.8.2) водной двухэлементной приемопередающей антенны 1.1.8 (2.1.8) в режиме дежурного приема находится в компактном размещении на корпусе управляющего объекта (буя, донной станции, обеспечивающего судна) или объекта управления - МРТК (как показано на фиг. 9а), а длина выпускного кабельного троса собрана на выпускном барабане (вьюшке) выпускного блока антенны 1.1.7 (2.1.7) (см. фиг. 6). При этом обеспечивается как лучшая маневренность обеспечивающего судна и МРТК, так и режим энергосбережения для МРТК или придонного буя (донной станции).

В режиме дежурного приема работа устройства на прием осуществляется следующим образом. Напряженность электрического поля водной среды, создаваемая водной антенной объекта-абонента преобразуется в точке размещения первого электрода 1.1.8.1 (2.1.8.1) антенны объекта-получателя информации в электрический сигнал антенны путем увеличения тока за счет применения сферического приемного бесконтактного трехкомпонентного датчика. Особенность построения данного датчика трансформаторного типа состоит с том, что, как показано на фиг. 8а, для увеличения его коэффициента преобразования и повышения чувствительности приема в свободное окно катушки 1.1.8.1.1 с обмоткой 1.1.8.1.2 вводится проводящий стержень-сгуститель 1.1.8.1.3, тем самым вызывая «сгущающий»эффект, в результате которого ток стержня, а следовательно и ток первичной цепи трансформатора также возрастает. Концентрирующие свойства проводящих стержней-сгустителей подробно описаны в [6] и зависят от их размеров, формы и наличия вспомогательных элементов конструкции датчика.

В заявленном устройстве предлагается использовать так называемый «штыревой» трансформаторный датчик (см. фиг. 8а), в котором катушка (или несколько катушек) 1.1.8.1.1 установлена на сгустителе, выполненном в виде «штыря» 1.1.8.1.3. Через диэлектрические втулки 1.1.8.1.4 сгуститель закреплен в обтекаемом сферическом корпусе 1.1.8.1.5 (см. фиг. 8б). Данный корпус должен быть из проводящего материала для возможности совмещения варианта его применения в качестве компактного передающего электрода электрического диполя (см. фиг. 1, 2) приемопередающей антенны 1.1.8 (2.1.8), для чего к нему обеспечивается подвод питающего провода по выпускному кабельному тросу.

Чувствительность однокомпонентного трансформаторного датчика можно повысить, если измерительная катушка 1.1.8.1.1 будет полностью охвачена сгустителем (фиг. 7в). А для расширения зоны чувствительности приемного электрода водной антенны по скалярному и векторному электродинамическим потенциалам в трехмерном водном пространстве целесообразнее использовать трехкомпонентный преобразователь напряженности электрического поля водной среды с тремя взаимоперпендикулярными в пространстве сгустителями тока (см. фиг 8в, г, д).

Таким образом, от измерительной катушки 1.1.8.1.1 приемного трансформаторного датчика первого электрода 1.1.8.1 (2.1.8.1) водной приемопередающей антенны 1.1.8 (2.1.8) по соединительной линии принятый электродом-датчиком сигнал поступает через выпускной кабельный трос на информационный вход «Прм.» выпускного блока антенны 1.1.7 (2.1.7) и далее транзитом (показан пунктиром на блоке 1.1.7 (2.1.7) фиг. 5) через его информационный выход «Прм.» на входную плату согласования 1.2.1 (2.2.1). Для варианта размещения приемного электрода не на корпусе обеспечивающего судна управляющего объекта, а на свободно разворачиваемом выпускном тросе на глубине (см. фиг. 9б), как и для варианта применения устройства с использованием вертолета управления (см. фиг. 9б, в) или обеспечивающего судна застопорившего ход, выпускной кабельный трос первого электрода будет, как и для второго электрода, достаточно продолжительным, позволяя обеспечить заглубление приемного датчика при организации связи с глубокопогруженным МРТК.

В входной плате согласования 1.2.1 (2.2.1) осуществляется частотное согласование параметров антенны с параметрами приемного тракта и выделение полосы частот с полезным сигналом из всей совокупности колебаний и шумов, наводимых в антенне. В случае необходимости произвести корректировку ориентации приемного электрода водной антенны из-за низкой чувствительности трехкомпонентного преобразователя напряженности электрического поля водной среды, а также для повышения качества приема путем сокращения дальности до абонента, соответствующий запрос может поступить от входной платы согласования 1.2.1 (2.2.1) по управляющему выходу к системе курсоустойчивости обеспечивающего судна или МРТК (на фиг. 5 данная система не показана) для изменения расстояния до абонента, а также смены курса движения объекта, обеспечивая соостность или перпендикуляр между осями антенны-излучателя и штыря сгустителя приемного датчика первого электрода антенны 1.1.8.1 (2.1.8.1).

Далее, по информационному входу принятая полоса частот с входной платы согласования поступает на предварительный усилитель 1.2.2 (2.2.2), где происходит предварительное усиление с большим входным сопротивлением. После чего в узкополосном фильтре 1.2.3 (2.2.3) осуществляется селекция радиосигнала на фиксированной рабочей частоте в приемном тракте МРТК и на частоте в приемном тракте управляющего объекта исходя из известных спектральных характеристик полезного сигнала, и шума, что позволяет далее, в детекторе-демодуляторе 1.2.4 (2.2.4), выделить исходно переданное сообщение. Впоследствии принятые телеграфные посылки усиливаются в выходном усилителе 1.2.5 (2.2.5) и из них декодируют информационное сообщение с помощью некоторого алфавита знаков (например, в кодировке КОИ-8 или азбуки Морзе) в декодере 1.2.6 (2.2.6). Принятое сообщение поступает к получателю сообщения 1.2.7 (2.2.7) в соответствие с установленным протоколом обмена в аппаратуре передачи данных МРТК и управляющего объекта, где регистрируется и представляется в необходимой для получателя форме (виде) для дальнейшей обработки.

В ходе отработки режима дежурного приема от абонента может поступить запрос на проведение сеанса связи, или получателем сообщения 1.2.7 (2.2.7) будет выработана команда на проведение сеанса связи в соответствие с частотно-временным расписанием. В обоих случаях получатель сообщения формирует команду на переход из режима дежурного приема (энергосбережения) в режим развертывания второго электрода водной антенны для подготовки работы объекта на передачу.

При реализации режима развертывания водной антенны по запросу от абонента или в соответствие с частотно-временным расписанием проведения сеансов связи команда на развертывание второго электрода 1.1.8.2 (2.1.8.2) водной приемопередающей антенны 1.1.8 (2.1.8) поступает от получателя сообщения 1.2.7 (2.2.7) приемного тракта 1.2 (2.2) на управляющий вход «Вкл./Выкл.» выпускного блока антенны 1.1.7 (2.1.7). По данной команде осуществляется включение выпускного блока антенны и развертывание с его выпускного барабана кабельного троса с закрепленным на конце вторым электродом водной приемопередающей антенны. При этом развертывание антенны происходит с учетом параметров района размещения объекта, скорости и направления подводного течения и скорости хода МРТК (обеспечивающего судна). Данные параметры поступают от системы курсоустойчивости управляющего объекта или МРТК (на фиг. 5 не показана) по управляющему входу выпускного блока антенны и необходимы для определения скорости развертывания и длины выпуска кабельного троса с вторым элементом антенны. Также по управляющему входу блока 1.1.7 (2.1.7) может осуществляться управление плавучестью второго электрода 1.1.8.2 (2.1.8.2) антенны (отрицательная, положительная), для чего в выпускаемом кабельном тросе блока наряду с питающим проводом, необходимым для запитки через информационный выход «Прд. 2» сферического проводящего корпуса передающего электрического диполя (см. фиг. 1, 2) водной антенны 1.1.8 (2.1.8), предусмотрена через управляющий выход блока 1.1.7 соединительная линия для управления наполнителем балластной емкости электрода (см. фиг. 7в). Причем изменение плавучести второго электрода водной антенны осуществляется путем незначительного изменения количества объема воды в балластной емкости внутри электрода. По завершении развертывания второго электрода 1.1.8.2 (2.1.8.2) водной приемопередающей антенны 1.1.8 (2.1.8) и ориентации ее в пространстве путем изменения оси антенны (воображаемого отрезка, соединяющего оба электрода антенны) в водном пространстве относительно оси водной антенны абонента 2.1.8 (1.1.8) с управляющего выхода «Передача» выпускного блока антенны 1.1.7 (2.1.7) на управляющий вход источника сообщения 1.1.1 (2.1.1) поступает команда на начало сеанса связи (передачу ответа на запрос о готовности проведения сеанса) в соответствие с принятым протоколом обмена данными между абонентами.

При реализации режима передачи источник сообщения 1.1.1 (2.1.1) в соответствии с принятым между абонентами протоколом формирует сообщение на передачу, которое представляется в кодере 1.1.2 (2.1.2) в конкретный вид при помощи некоторой последовательности знаков алфавита (например, в кодировке КОИ-8 или азбуке Морзе) и подается на первый вход модулятора-манипулятора 1.1.4 (2.1.4), на второй вход которого поступает синтезированная в кварцевом генераторе 1.1.3 (2.1.3) фиксированная рабочая частота (для управляющего объекта) или (для МРТК), а с выхода сформированный в ключевом режиме телеграфный сигнал направляется на усилитель мощности 1.1.5 (2.1.5). Повышение к.п.д. передающего тракта осуществляется путем усиления телеграфного сигнала в ключевом режиме, а также за счет интегрирования умощненного сигнала, подаваемого на антенну через выходную плату согласования 1.1.6 (2.1.6) посредством трансформаторной связи. С выходной платы согласования 1.1.6 (2.1.6) электрический сигнал поступает на информационный вход выпускного блока антенны 1.1.7 (2.1.7) и далее через информационные выходы «Прд. 1» и «Прд. 2» по выпускному кабельному тросу соответственно в развернутые первый 1.1.8.1 (2.1.8.1) и второй 1.1.8.2 (2.1.8.2) электроды водной приемопередающей антенны 1.1.8 (2.1.8). При этом используются питающие провода электродов выпускного троса антенны (см. фиг. 6, фиг. 7в).

По получении команды на завершении сеанса связи осуществляется свертывание второго электрода водной антенны путем подачи управляющего воздействия от получателя сообщения 1.2.7 (2.2.7) на управляющий вход «Вкл./Выкл.» выпускного блока антенны 1.1.7 (2.1.7) (см. фиг. 5). При этом выпускной барабан выпускного блока антенны отрабатывает свертывание второго электрода и выключается. Устройство переходит в режим дежурного приема.

Вывод. Перед современными морскими робототехническими комплексами стоит немало важных задач. Основными из них являются обеспечение проведения поводно-технических, судоподьемных, строительных и аварийно-спасательных работ, сбор данных о состоянии окружающей среды, а также наблюдение за состоянием подводной обстановки. Фактически каждое ведомство, имеющее интересы в морской и океанской зонах (Минприроды, Минэнерго, Минтранс, Минстрой, Минкомсвязь, Минвостокразвития, Минобрнауки, МЧС, МО РФ, МВД, Росграница, Газпром, Роснефть и др.) вынуждено вести разработки по созданию различного рода МРТК, наделяя их специфическими функциями. Но самой важной из всего их многообразия является функция управляемости в подводном, в том числе в подледном положении и на больших глубинах. Заявленные способ и устройство управления МРТК позволяют повысить пространственную избирательность приема, увеличить зоны чувствительности по скалярному либо векторному электродинамическому потенциалу пространства, а следовательно, и увеличить дальность связи при обмене данными между управляющим объектом и объектом управления. Универсальность предложенного способа расширяет область, а также варианты применения МРТК для заинтересованных ведомств РФ. Применение телеграфного вида работы с несущей частотой повышает надежность и качество связи, помехозащищенность канала связи, что служит достижению цели изобретения.

Литература

1. Полиенко В.Н., Биндери Я.И., Розенцвейн В.Г. и др. Способ передачи телеметрической информации с забоя шельфовой скважины на морскую платформу. Патент RU №2523324 на изобретение от 20.07.2014. Н04В 13/02.

2. Милкин В.И., Миличенко А.Н., Григорьев В.Ф., Калитенков Н.В. Способ двусторонней связи с подводным объектом. Патент RU №2361364 на изобретение от 10.07.2009. Н04В 13/02.

3. Ольшанский В.М., Корсаков Г.О., Павлов Д.С., Рублев В.П., Савинкин О.В., Скородумов СВ., Шибков А.Н. Способ связи между акванавтами и устройство по нему. Патент RU №2292649 на изобретение от 20.08.2006. Н04В 13/02.

4. Акулов B.C., Катанович А.А., Конторович В.И., Лисицын Ю.Д., Лаврухин В.А. и др. Устройство подводной электромагнитной связи для водолазов. Патент RU №63316 на полезную модель от 27.05.2007. МПК: В63С.

5. Рябоконь Д.С.Система подводной электромагнитной связи. Патент RU №2218665 на изобретение от 10.12.2003. Н04В 13/02.

6. Зимин Е.Ф., Кочанов Э.С. Измерение параметров электрических и магнитных полей в проводящих средах. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - 256 с.

7. Стопцов Н.А., Бойцов В.И., Шелемин В.Н. Связь под водой. - Л.: Судостроение, 1990. - 248 с.

8. Swain W.H. An Electric Field Aid to Underwater Navigation/IEEE Intern. Conf. of Engine, in Ocean Environment. Digest of Techn. Papers - 1970, Sept. - P. 122-124.

9. Астайкин А.И. Излучение и прием сверхузкополосных импульсов: Монография. - Саров: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», 2008, - 475 с.

10. Шибков А.Н. Электромагнитные системы информационного обеспечения подводных инженерно-технических работ. Теория и эксперимент. - Владивосток: Дальнаука, 2005. - 231 с.

11. Катанович А.А., Ершов В.Н. Комплексы и системы связи ВМФ. - СПб.: Судостроение, 2014. - 256 с.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Обоснование использования в качестве приемопередающей антенны электрического диполя

Природа электрического заряда не выяснена, поэтому понятие электрического заряда не подлежит определению [9]. Электрическая сила проявляется как механическая сила между двумя заряженными телами и записывается в виде соотношения (закон Кулона, 1785 г.).

где Fэ - сила взаимодействия двух точечных зарядов q1 и q2; r - расстояние между зарядами; γэ - размерный коэффициент пропорциональности между правой и левой частями соотношения (А.1).

В системе СИ закон Кулона (А.2) обычно записывается в виде

где - диэлектрическая проницаемость вакуума.

Если в формуле (А.2) считать заряд q1 «основным», а заряд q2 «пробным» (испытательным), то мы придем к определению понятия напряженности электрического поля Е как силы, действующей на единичный электрический заряд.

Хотя напряженность поля Е и считается «электрической силой», но ее размерность есть сила/заряд [Н/Кл] и в системе СИ [Е]=В/м. Для «точечного» заряда q, опуская индекс заряда, соотношение (А.4) перепишется в виде

где S=4πr2 - площадь сферы радиуса r; направление действия вектора напряженности поля по радиус-вектору сферической системы координат

Соотношения (А.3) и (А.4) могут быть переписаны в виде

где под q понимается пробный заряд q2, на который действует поле электрических сил, создаваемых в пространстве основным зарядом. При этом векторная функция выступает в выражении (А.5) как коэффициент пропорциональности между пробным зарядом величины q и действующей на него внешней электрической силой Fэ.

Итак, напряженность поля Е является силовой характеристикой электростатического поля, которая задается величиной заряда, создающего поле сил, направлением приложения сил (радиус-вектором) и полярностью (плюс-минус).

Очевидно, что электростатические поля обладают потенциальной энергией Эп, которая может превратиться в кинетическую энергию Эк «пробного» тела массой m с «пробным» зарядом q, который будет ускоряться основным полем в соответствии со вторым законом Ньютона. В инженерной практике чаще оперируют понятиями «энергия», «мощность» (энергия в единицу времени), «напряжение», «разность потенциалов», «ток» и т.д.

Для электростатических полей понятие потенциала ϕ и разности потенциалов (напряжение между точками с разными потенциалами) u=ϕ12 вводят следующим образом. Если под действием силы в пространстве перемещается объект приложения этой силы, то совершается механическая работа А, равная произведению силы на расстояние перемещения объекта [сила × расстояние]. В системе СИ размерность работы совпадает с размерностью энергии и измеряется в джоулях, 1 Дж есть работа силы в 1 Н при перемещении точки приложения силы (физического объекта) на расстояние 1 м: 1 Дж = Н×м. Работа А есть доля потенциальной энергии ΔЭп, извлекаемой пробным «единичным» зарядом из полной потенциальной энергии электростатического поля

Если поле неоднородно вдоль отрезка или отрезоккриволинейный, то соотношение (А.6) должно быть переписано в интегральной форме, которое для q=1 запишется прямо через напряженность поля Е

где М1 и М2 - координаты точек начала и конца отрезка l.

Понятие электростатического потенциала ϕ вводят соотношением

В прямоугольной системе координат с ортами

Тогда

где dϕ - полный дифференциал функции потенциала ϕ.

Из выражения (А.7) следует

За нулевой потенциал ϕ0 обычно принимают потенциал Земли или потенциал бесконечно удаленной точки. Тогда потенциал ϕ в любой точке М численно равен работе, которую надо совершить при перемещении единичного заряда из нулевой точки в произвольную точку пространства l. А поскольку разностью потенциалов называют электрическое напряжение, измеряемым в вольтах, u=ϕ12 [В], то для простейшего случая двух параллельных плоскостей (одномерная задача) с потенциалами ϕ2 и ϕ1 имеем: Е=u/l [В/м], где l - расстояние между плоскостями.

Поскольку работа А в (А.9) подсчитана для единичного заряда q=1, то для заряда произвольной величины можно записать общее соотношение

Таким образом, напряжение и между точками М1 и М2 в (А.11) выступает как коэффициент пропорциональности между величиной перемещаемого в электрическом поле заряда q и извлекаемой из поля энергией. Поскольку размерность энергии есть джоуль, а заряда - кулон, размерность напряжения есть вольт. Для одиночного заряда ±q картина пространственного распределения вектора направленности поля Е задается законом Кулона

где - единичный вектор сферической системы координат.

С помощью так называемых силовых линий поля графически указывают направление вектора поля своей касательной, опуская информацию о величине вектора. На фиг. 1а) показана условная картина полей для зарядов +q и -q. Принято считать, что силовые линии поля начинаются на положительном заряде +q и кончаются или в бесконечности при Е=0, или на отрицательном заряде -q. Тогда для закона убывания поля (А.12) нетрудно вычислить потенциал произвольной точки пространства М1

Система из двух электрических зарядов +q и -q, разнесенных на расстояние l между собой, называется электрическим диполем, а произведение р=ql - моментом диполя. Напряженность суммарного поля диполя складывается из напряженностей поля, составляющих диполь зарядов (сложение векторное). Картина силовых линий диполя показана на фиг. 1б).

Заряды взаимодействуют между собой через создаваемые ими поля. Если группу зарядов (заряженных физических тел) поместить в однородную проводящую ток среду, очевидно, что траектория электрических сил и траектории «токопроводов» совпадут между собой. Аналогия между электростатической картиной токов используется в опытах с электролитической ванной [9].

Поля и потенциалы каждого из зарядов известны. Если начало сферической системы координат поместить в центр одного из зарядов, то (с учетом знака заряда) имеем и Как видно из этих формул, поля и потенциалы в точках +q и -q имеют особенности: они обращаются в бесконечность. Если не говорить об особых точках, то, в соответствии с принципом суперпозиции, поля и потенциалы от отдельных зарядов надо сложить: потенциалы арифметически, поля - геометрически. Тогда в точке М (см. фиг. 2а) потенциал будет равен:

Такую же операцию можно проделать и для вектора и а их геометрическую сумму разложить по ортам единой системы координат с центром в точке 0. На расстояниях r>>1 получается достаточно компактная формула (начало координат в точке 0):

Имея общую формулу для потенциала, нетрудно найти и формулу для общего поля (в силу симметрии задачи азимутальных изменений в системе нет)

Картина силовых линий электрического диполя приведена на фиг. 2а).

Таким образом, в качестве передающих электродов электромагнитного поля в заявленном способе и устройстве управления робототехническим комплексом морского базирования предлагается использовать электрический диполь (первый электрод и второй электрод водной приемопередающей антенны), образованный путем размещения двух равных, но противоположных по знаку зарядов ±q на расстоянии l друг от друга. При этом дальность связи будет зависеть как от величины заряда, прикладываемого к электродам (равные по значению, но сдвинутые друг относительно друга по фазе на 90°), так и от угла (азимута) подхода МРТК к объекту управления и диэлектрической проницаемости электролита (водной среды), которая зависит от уровня солености морской воды. Работоспособность предложенного подхода подтверждается исследованиями [10], проводимыми для обеспечения подводных инженерно-технических работ при передаче команд управления импульсными подводными светильниками с промыслового судна на трал. В ходе которых достигнута дальность связи более 1000 метров при глубине хода трала более 400 метров. Предлагаемый новый способ и устройство управления МРТК основан на использовании электромагнитных полей в диапазоне звуковых частот, слабо затухающих в морской воде.

1. Способ управления робототехническим комплексом морского базирования, заключающийся в том, что при передаче телеметрическую информацию преобразуют в электрический сигнал и далее усиливают его по мощности в ключевом режиме, преобразуют в ток приемопередающей дипольной антенны, создающей в водной среде электрическое поле, при этом обеспечивают максимум величины отношения квадрата эффективной длины антенны к модулю ее импеданса, а при приеме данных с телеметрической информацией преобразуют напряженность электрического поля водной среды в электрический сигнал антенны, согласуют параметры антенны с параметрами приемного тракта путем регулировки коэффициента усиления приемного тракта и преобразуют принятый электрический сигнал в форму, удобную для восприятия, отличающийся тем, что на первом этапе при приеме данных после согласования параметров антенны с параметрами приемного тракта усиливают выделенную смесь полезного сигнала из всей совокупности колебаний и шумов, выделяют радиосигнал путем частотно-селективной фильтрации на фиксированных рабочих частотах f1 для робототехнического комплекса и f2 для управляющего объекта, демодулируют исходные телеграфные посылки из принятого на рабочей частоте сигнала, усиливают их, декодируют в соответствие с заданным алфавитом и принятым между абонентами протоколом обмена данными, на втором этапе получают запрос от абонента или команду в соответствие с частотно-временным расписанием на организацию сеанса связи, разворачивают второй электрод водной приемопередающей антенны, ориентируют антенну в водном пространстве по азимуту и углу места с учетом направления и скорости подводного течения, изменения курса движения робототехнического комплекса или управляющего объекта, а также путем изменения плавучести ее второго электрода, обеспечивая соосное или перпендикулярное положение антенн абонентов, на третьем этапе при передаче формируют сообщение на передачу в соответствие с принятым между абонентами протоколом, осуществляют ее кодировку по заданному алфавиту, формируют телеграфный сигнал путем модуляции частотой f1 на управляющем объекте и f2 на робототехническом комплексе, а по окончании передачи сворачивают второй электрод приемопередающей антенны и переходят в режим дежурного приема.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для реализации его в алгоритме функционирования управляющего объекта, размещаемого на вертолете управления, первый электрод водной двухэлементной приемопередающей антенны, как и второй ее электрод, свободно разворачивается в водной среде на кабельном тросе выпускным блоком антенны, при этом электроды могут иметь как положительную, так и отрицательную плавучесть, причем для повышения надежности приема при организации связи с глубокопогруженным объектом управления первый электрод должен обладать отрицательной плавучестью.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для реализации его в алгоритме функционирования управляющего объекта, размещаемого на обеспечивающем судне, второй электрод водной двухэлементной приемопередающей антенны может иметь как положительную, так и отрицательную плавучесть в зависимости от глубины размещения объекта управления.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для реализации его в алгоритме функционирования управляющего объекта, размещаемого на обеспечивающем судне в режиме застопоренного хода, первый электрод водной двухэлементной приемопередающей антенны может свободно разворачиваться в водной среде на кабельном тросе выпускным блоком антенны, причем для повышения надежности приема при организации связи с глубокопогруженным объектом управления он должен обладать отрицательной плавучестью.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для реализации его в алгоритме функционирования управляющего объекта, размещаемого на донной станции, второй электрод водной двухэлементной приемопередающей антенны имеет положительную плавучесть.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для реализации его в алгоритме функционирования управляющего объекта, размещаемого на придонном буе, а также в составе объекта управления, размещаемого на робототехническом комплексе, второй электрод водной двухэлементной приемопередающей антенны объектов может иметь как положительную, так и отрицательную плавучесть в зависимости от глубины размещения управляющего объекта и объекта управления.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для реализации его в алгоритме функционирования управляющего объекта, размещаемого на береговом объекте связи, первый электрод водной двухэлементной приемопередающей антенны жестко закреплен на придонном буе, а второй ее электрод жестко закреплен на подводной части берегового объекта связи, при этом кабельный трос к электродам антенны разворачивается с берегового объекта связи заблаговременно, стационарно.

8. Устройство управления робототехническим комплексом морского базирования, содержащее приемопередатчики управляющего объекта и объекта управления, каждый из которых состоит из передающего и приемного трактов, причем каждый передающий тракт включает источник сообщения, соединенные последовательно кварцевый генератор, модулятор-манипулятор, усилитель мощности и выходную плату согласования, а также подводную двухэлементную приемопередающую антенну, состоящую из первого и второго электродов, размещенных в водной среде, каждый приемный тракт состоит из последовательно соединенных входной платы согласования, предварительного усилителя и узкополосного фильтра, а также выходного усилителя и получателя сообщения, при этом рабочими частотами кварцевых генераторов передающих трактов управляющего объекта является частота f1, а объекта управления частота f2, в то время как узкополосные фильтры их приемных трактов настроены на частоты f2 и f1 соответственно, отличающееся тем, что дополнительно в передающий тракт включены кодер, соединенный своим входом с источником сообщения, а выходом со вторым входом модулятора-манипулятора, и выпускной блок антенны, соединенный своим информационным входом «Прд.» с выходной платой согласования, информационным входом «Прм.» и информационным выходом «Прд.1» с первым электродом, а информационным выходом «Прд.2» и управляющим выходом с вторым электродом водной двухэлементной приемопередающей антенны, управляющим входом с системой курсоустойчивости объекта, управляющим входом/выходом «Передача» с соответствующим входом/выходом источника сообщения, а управляющим входом «Вкл./Выкл.» и информационным выходом «Прм.» соответственно с выходом получателя сообщения и с входной платой согласования приемного тракта, дополнительно в который включены детектор/демодулятор, размещаемый между узкополосным фильтром и выходным усилителем, а также декодер, соединенный своими входом и выходом соответственно с выходным усилителем и получателем сообщения, при этом выходная плата согласования дополнительно снабжена управляющим выходом к системе курсоустойчивости объекта, первый электрод водной двухэлементной приемопередающей антенны в составе приемного тракта выполнен в виде измерительного датчика, жестко зафиксирован на подводной части объекта и собран по схеме трехкомпонентного преобразователя вектора напряженности электрического поля со сгустителями тока внутри сферического металлического корпуса, используемого в составе передающего тракта, как и второй электрод антенны, разворачиваемый на кабельном тросе выпускного блока антенны.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазона с глубокопогруженными и удаленными объектами.

Изобретение относится к технике связи. Технический результат - обеспечение электромагнитной совместимости с радиоэлектронными средствами, линиями электропередачи, кабельными линиями связи, инженерными сооружениями и создание условий экологической безопасности в районе размещения антенной системы радиостанции.

Использование: для приема цифровых данных в многолучевом гидроакустическом канале связи с выраженным эффектом замираний сигнала, обусловленных интерференцией акустических лучей; сущность: антенна выполнена из отдельных приемных элементов в виде тонкостенных пьезокерамических колец с широкой частотной полосой и круговой диаграммой направленности в горизонтальной плоскости, разделенных по вертикали рупорами конической формы, которые формируют раздельные зоны приема по углам прихода лучей с несовпадающими по времени замираниями амплитуды сигнала; технический результат: повышение устойчивости канала связи к помехам многолучевости и реверберации.

Изобретение относится к системам связи с погруженными объектами на волнах сверхнизкочастотного (СНЧ) и крайненизкочастотного (КНЧ) диапазонов. Технический результат - обеспечение электромагнитной совместимости «Системы связи…» с РЭС, линиями электропередачи, кабельными линиями связи, инженерными сооружениями и создание условий экологической безопасности в районе размещения антенной системы радиостанции, разработка приемной антенной системы на корпусе подводного объекта.

Изобретение относится к технике сверхнизкочастотной (СНЧ) и крайненизкочастотной (КНЧ) связи с глубокопогруженными и удаленными подводными объектами. Предложенная система связи сверхнизкочастотного и крайненизкочастотного диапазонов с глубокопогруженными и удаленными объектами содержит передающую систему, состоящую из: задающего генератора; модулятора; системы управления, защиты и автоматизации; усилителя мощности; согласующего устройства; индикатора тока антенны и источника тока, причем прием и регистрация излучения, создаваемого СНЧ-КНЧ-генераторами, осуществляются с помощью буксируемой кабельной антенны, антенного усилителя и приемника СНЧ-КНЧ-диапазона, находящихся на борту подводного объекта, отличающаяся тем, что дополнительно введены: N преобразователей, N заземлителей антенной системы, выполненной в виде протяженной прямолинейной линии состоящей из N секций, отрезков, подземного неэкранированного кабеля, антенной системы длиной l, равной несколько десятков сотен километров.

Изобретение относится к системам передачи телеметрической информации для морских буровых установок. Техническим результатом изобретения является повышение надежности, чувствительности, а также снижение энергетического потенциала электромагнитного канала передачи телеметрической информации при меньшем количестве приборов, необходимых для передачи телеметрической информации с забоя шельфовой скважины на морскую платформу.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в беспроводных системах связи. Технический результат состоит в повышении пропускной способности каналов связи.

Изобретение относится к области радиотехники, касается радиоприема сигналов на подводном аппарате и может быть использовано для связи и навигации без всплытия аппарата, в том числе в подледном положении.
Изобретение относится к дальней радиосвязи и может быть использовано для обеспечения организации и прогнозирования работы каналов радиосвязи с подводными объектами.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано при изготовлении конформных антенн с поверхностью, имеющей участки двойной кривизны. .
Наверх