Активный гидролокатор

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано при построении систем, предназначенных для обнаружения целей гидролокационным методом в морской среде и измерения их параметров. Техническим результатом использования является повышение достоверности измерения дистанции до обнаруженной цели путем учета влияния скорости взаимного сближения/удаления цели и носителя гидролокатора. Для обеспечения заявленного технического результата предложен активный гидролокатор, содержащий излучающую и приемную акустические антенны, генераторное устройство, коммутатор приема-передачи, устройство формирования характеристик направленности, блок измерения T времени задержки эхосигнала от цели относительно момента излучения зондирующего сигнала, блок измерения вертикального разреза скорости звука, блок измерения собственной скорости, блок измерения угла прихода в горизонтальной плоскости, блок определения радиальной составляющей собственной скорости, блок определения дистанции, проходимой гидролокатором за время распространения сигнала до объекта и обратно, блок измерения времени между излучения второго сигнала и моментом приема второго эхосигнала, блок определения скорости сближения или расхождения, блок определения радиальной скорости цели, блок определения дистанции, проходимой гидролокатором за время от момента отражения до момента приема, блок определения дистанции до цели на момент приема второго эхосигнала. 1 ил.

 

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для построения систем обнаружения эхосигнала от объектов при работе гидролокатора и, в частности, для повышения достоверности измерения дистанции.

Основным назначением гидролокаторов является дистанционное обнаружение объектов в водной среде и измерение дистанции, скорости и пространственного положения объектов. В зарубежной и отечественной литературе (Дж. Уоррен Хортон. «Основы гидролокации». Судпромгиз, 1961 г.; А.Н. Яковлев, Г.П. Каблов. «Гидролокаторы ближнего действия». Судостроение, 1983 г. и др.) рассмотрены структуры гидролокаторов, предназначенных для обнаружения объектов по отраженному эхосигналу, и основные блоки, обеспечивающие решение поставленных задач. Рассмотрение вопросов автоматического обнаружения и измерения параметров и их ошибок практически нигде не рассматривается.

Известен патент №2225991 на навигационную гидроакустическую станцию освещения ближней обстановки, содержащую антенную систему, генераторное устройство, тракт предварительной обработки, ЦВС-1, ЦВС-2, тракт измерения скорости звука, тракт прослушивания. В описании рассматриваются задачи измерения дистанции, скорости и пространственного положения обнаруженного объекта. Обнаружение объектов производится оператором и структуры измерителей дистанции, скорости не представлены.

Известна система активной гидролокации гидроакустической станции (ГАС) по патенту №2393503, содержащая излучающую и приемную акустические антенны, последовательно соединенные устройство формирования зондирующего сигнала, устройство формирования характеристик направленности в излучении, генераторное устройство, последовательно соединенные устройство формирования характеристик направленности системы гидролокации (ГЛ) в приеме и устройство обработки эхосигналов от цели, также содержащая устройство измерения дистанции до цели, устройство измерения радиальной составляющей скорости цели, последовательно соединенные устройство формирования характеристик направленности системы шумопеленгования (ШП), устройство обработки сигналов системы ШП, устройство измерения пеленга на цель системы ШП и блок определения величины изменения пеленга (ВИП), также содержащая последовательно соединенные блок определения общей тангенциальной составляющей скорости и блок определения тангенциальной составляющей скорости цели, также содержащая блок определения скорости цели, блок определения курса цели и блок связи ГАС с системами корабля.

Недостатком данной системы является то, что не измеряется скорость звука в районе работы, значение которого определяет саму оценку дистанции.

Известен активный гидролокатор по патенту №2346295, содержащий излучающую и приемную акустические антенны, генераторное устройство, устройство синхронизации, устройство формирования характеристик направленности, блок измерения T времени задержки эхосигнала от цели относительно момента излучения зондирующего сигнала, блок измерения угла прихода эхосигнала в вертикальной плоскости, блок вертикального разреза скорости звука и блок измерения глубины цели, вычислитель, определяющий прогнозные времена задержки эхосигнала ti относительно момента излучения зондирующего сигнала для набора возможных глубин цели Hi, и блок разности, определяющий . Этот патент является наиболее близким аналогом, который может быть взят в качестве прототипа.

Недостатком рассматриваемого технического решения является то, что при распространении зондирующего сигнала и распространении эхосигнала на большие расстояния возникает ошибка определения текущей оценки дистанции, которая определяется совместным перемещением гидролокатора и объекта за время распространения зондирующего сигнала и эхосигнала.

После излучения зондирующего сигнала гидролокатор продолжает движение в выбранном направлении. Например, при скорости движения гидролокатора 6 узлов, что составляет 3 м/с и времени распространения до объекта и обратно 20 с, дистанция до объекта, измеренная на момент приема эхосигнала, уменьшится на 60 м. Аналогично происходит и при движении объекта после отражения эхосигнала. Объект продолжает двигаться в прежнем направлении и за время распространения эхосигнала от объекта до гидролокатора, равного примерно 10 с, и при скорости 3 м/с, пройдет расстояние, равное 30 м. Таким образом, измеренная дистанция будет отличаться от реальной дистанции на момент прихода эхосигнала на 90 м. Эта ошибка зависит от дистанции и скорости движения гидролокатора и скорости перемещения объекта и изменяется в зависимости от конкретной ситуации.

Задачей изобретения является повышение достоверности определения дистанции, измеренной движущимся гидролокатором, за минимальное время по нескольким циклам излучения-прием.

Техническим результатом от использования изобретения является повышение точности измерения дистанции путем устранения ошибки, связанной с совместным перемещением гидролокатора и объекта за время распространения сигнала и эхосигнала, и определение текущей дистанции с учетом перемещения гидролокатора и объекта.

Указанный технический результат достигается тем, что в активный гидролокатор, содержащий приемную антенну, передающую антенну, коммутатор приема-передачи, генератор, блок управления и отображения, блок приема и обработки эхосигнала с устройством формирования характеристик направленности (УФХН), блок измерения времени задержки, блок определения дистанции Д, блок определения радиальной скорости цели, блок определения скорости звука, введены новые признаки, а именно блок измерения собственной скорости Vсоб, блок определения курсового угла цели КУ, блок определения скорости сближения, блок определения ошибки дистанции за счет собственного движения Дсоб, блок определения ошибки дистанции за счет движения цели Дцели, блок определения текущей дистанции Дтек, причем приемная антенна последовательно соединена с первым входом коммутатора, с первым входом блока приема и обработки эхосигнала с УФХН, с блоком измерения времени задержки, с первым входом блока определения дистанции, с первым входом блока определения ошибки Дсоб, с первым входом блока определения Дтек, первым входом блока управления и отображения, с генератором со вторым входом коммутатора и с антенной излучения, блок измерения собственной скорости Vсоб последовательно соединен с первым входом блока определения скорости сближения, со вторым входом блока определения ошибки Дсоб, второй выход блока приема и обработки эхосигналов с УФХН соединен с блоком измерения КУ, выход которого соединен со вторым входом блока определения скорости сближения, блок определения скорости звука соединен со вторым входом блока определения дистанции Д, второй выход которого последовательно соединен с блоком определения радиальной скорости цели, блоком определения ошибки Дцели и вторым входом блока определения Дтек, второй выход блока определения радиальной скорости соединен со вторым входом блока управления и отображения двусторонней связью, а третий выход блока приема и обработки эхосигнала с УФХН соединен двусторонней связью с третьим входом блока управления и отображения.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг. 1, на которой представлена структурная схема системы автоматической классификации гидролокатора ближнего действия.

1. Антенна приемная,

2. Антенна излучающая,

3. Коммутатор приема-передачи,

4. Блок приема и обработки эхосигнала с УФХН,

5. Блок измерения времени задержки,

6. Блок определения дистанции,

7. Блок определения ошибки за счет собственного движения Дсоб,

8. Блок определения дистанции с учетом собственного движения и движения цели Дтек,

9. Блок управления и отображения,

10. Генератор,

11. Блок измерения собственной скорости Vсоб,

12. Блок определения скорости сближения с учетом КУ цели относительно Vсоб,

13. Блок измерения курсового угла обнаруженной цели КУ,

14. Блок определения скорости звука,

15. Блок определения радиальной скорости цели Vцели,

16. Блока определения ошибки оценки дистанции до цели Дцели.

Приемная антенна 1, коммутатор приема-передачи 3, блок 4, блок 5, блок 6, блок 7, блока 8, блок 9 соединены последовательно. Выход генератора 10 соединен со вторым входом коммутатора 3 приема-передачи, выход которого соединен с излучающей антенной 2. Второй вход блока 6 соединен с выходом блока 14, а выход блока 6 - с первым входом блока 15. Выход блока 15 соединен с последовательно соединенными блоками 16 и 8. Блок 15 двусторонней связью соединен с блоком 9, третий вход которого соединен с вторым выходом блока 4. Первый и второй входы блока 12 соединены с выходом блока 11 и выходом блока 13 соответственно, а выход блока 12 соединен с вторым входом блока 7.

Блоки 1-5, 10, 13 являются известными устройствами, которые используются в прототипе и достаточно подробно изложены в литературе по гидроакустике (А.С. Колчеданцев. «Гидроакустические станции». Л., Судостроение, 1982 г.; «Справочник по гидроакустике». Л., Судостроение, 1988 г.).

Блок 11 определения скорости движения является известным устройством, которое используется на всех современных судах для измерения собственной скорости (А.В. Богородский, Д.Б. Островский. «Гидроакустические навигационные и поисково-обследовательские средства». Санкт-Петербург, Изд. ЛЭТИ, 2009 г., стр. 48).

Блок 14 определения скорости звука является известным устройство, которое выпускается серийно (В.А. Комляков. «Корабельные средства измерения скорости звука и моделирования акустических полей в океане». СПб., «Наука», 2003 г., стр. 50-87).

Блоки 7, 8, 12, 15, 16 могут быть реализованы с использованием цифровой обработки на основе пакетов расширения «Матлаб», которые обеспечивают последовательную процедуру вычисления заданных алгоритмов, рассмотрены в пособии: А.Б. Сергиенко. «Цифровая обработка сигналов». Санкт-Петербург, 2011 г., стр. 655.

В настоящее время все обработки гидроакустических сигналов, включая формирование характеристик направленности, базовые алгоритмы обработки эхосигналов на основе спектрального и корреляционного анализа при работе в реальном времени с использованием аппаратных решений и жесткой логики вычислений, выполняются на спецпроцессорах (Ю.А. Корякин, С.А. Смирнов, Г.В. Яковлев. Корабельная гидроакустическая техника. С.-П., Наука, 2004 г., стр. 278-297). Аналогичная реализация выполнена в одном из приведенных аналогов на ЦВС-1 и ЦВС-2 по патенту №2225991.

Вопросы, связанные с цифровой обработкой сигналов, а также использование пакетов расширения «Матлаб», которые обеспечивают последовательную процедуру обработки использованных алгоритмов, рассмотрены в пособии: А.Б. Сергиенко. «Цифровая обработка сигналов». Санкт-Петербург, 2011 г., стр. 655.

Цифровые процессоры являются известными устройствами, которые предназначены для осуществления конкретных алгоритмов обработки с использованием аппаратных решений и жесткой логики вычислений. Их применение повышает быстродействие цифровых вычислительных систем в несколько раз и в большинстве случаев сокращает аппаратные затраты. Описания спецпроцессоров приведены в книге: Корякин Ю.А. Смирнов С.А. Яковлев Г.В. «Корабельная гидроакустическая техника». Санкт-Петербург, Изд. Наука, 2004 г., стр. 281. Там же приведено описание гидроакустических комплексов, построенных на основе спецпроцессоров (стр. 296., стр. 328). С использованием этих же процессоров могут быть реализованы вновь введенные блоки предлагаемого изобретения.

Работа активного гидролокатора производится следующим образом.

Из блока 9 управления и отображения сигналы управления поступают на генератор 10, который формирует зондирующий сигнал, и через коммутатор 3 антенна 2 излучает его в водную среду. Отраженные от цели эхосигналы принимаются антенной 1 и через коммутатор 3 передаются в блок 4. В блоке 4 производится формирование характеристик направленности в приеме и обработка принятых эхосигналов стандартными известными процедурами с выбором порогов обнаружения, выбором максимумов и характеристик направленности, в которых обнаружены эхосигналы. Это известные процедуры, которые реализуются во всех гидролокаторах и в прототипе. Вся информация о помехах и сигналах поступает на блок 9 отображения и представляется оператору на индикаторе. Это связь является двусторонней, по которой в блок 4 передается время излучения из блока 9 и время между излучениями. Это же время излучения используется в блоке 5 для измерения времени задержки между излученным сигналом и принятым эхосигналом, который превысил порог. По величине задержки определяется дистанция до цели в блоке 6, для чего из блока 14 определения скорости звука поступает оценка скорости звука. Эти стандартные процедуры реализованы в прототипе. Измеренная оценка дистанции с измеренными временами задержки передаются в блок 7 определения ошибки. На второй вход блока 7 из блока 12 поступает оценка скорости сближения. Пространственное положение цели может не совпадать с направлением движения, поэтому составляющая скорости движения будет зависеть от курсового угла цели, который определяется в блоке 4 по номеру характеристики направленности, в которой произошло обнаружение эхосигнала от цели. В блоке 7 производится определение ошибки оценки дистанции, которое связано с сокращением дистанции при движении гидролокатора за время распространения зондирующего сигнала и отраженного эхосигнала. В блоке 8 производится уменьшение измеренной дистанции Д на величину произведения скорости сближения и времени распространения. Эта оценка дистанции передается в блок 9 для отображения. Второй выход блока 6 соединен с блоком 15 определения радиальной скорости цели, которое производится по двум посылкам. После излучения второго зондирующего сигнала время между излучениями поступает из блока 9 в блок 15. Дистанция, измеренная по последующим посылкам, передается в блок 15, где производится определение радиальной скорости. Цель может приближаться и удаляться, что влечет за собой изменение знака и, соответственно, увеличение или уменьшение дистанции за время между посылками, что производится в блоке 16 определения ошибки Дцели, которые вызваны перемещением цели за время распространения эхосигнала от цели до гидролокатора. Дистанция, полученная по первой посылке, учитывает только собственное движение гидролокатора, а дистанция, полученная по второй посылке, учитывает не только собственное перемещение, но и изменение дистанции за счет движения цели. Излучение зондирующих сигналов производится, как правило, через фиксированный интервал времени, который определяется выбранной шкалой работы, характерной для данного гидролокатора. По каждому излученному сигналу происходит обнаружение цели и измерение дистанции до нее. Корректировка дистанции за счет движения гидролокатора производится по каждой посылке. Корректировка дистанции за счет перемещения цели возможна только после измерения радиальной скорости цели, которая производится по изменению дистанций, измеренных по двум последовательным посылкам. Эти дистанции последовательно поступают в блок 15 измерения радиальной скорости.

Таким образом, формируется оценка дистанции, которая учитывает влияние собственного движения на оценку дистанции и влияние скорости цели на оценку дистанции, что и представляется одновременно с оценкой радиальной скорости цели и оценкой курсового угла цели.

Активный гидролокатор, содержащий приемную антенну, передающую антенну, коммутатор приема-передачи, генератор, блок управления и отображения, блок приема и обработки эхосигнала с устройством формирования характеристик направленности (УФХН), блок измерения времени задержки, блок определения дистанции Д, блок определения радиальной скорости цели, блок определения скорости звука, отличающийся тем, что введены блок измерения собственной скорости Vсоб, блок определения курсового угла цели КУ, блок определения скорости сближения, блок определения ошибки дистанции за счет собственного движения Дсоб, блок определения ошибки дистанции за счет движения цели Дцели и блок определения текущей дистанции Дтек, причем приемная антенна последовательно соединена с первым входом коммутатора, с первым входом блока приема и обработки эхосигнала с УФХН, с блоком измерения времени задержки, с первым входом блока определения дистанции, с первым входом блока определения ошибки Дсоб, с первым входом блока определения Дтек, первым входом блока управления и отображения, с генератором со вторым входом коммутатора и с антенной излучения, блок измерения собственной скорости Vсоб последовательно соединен с первым входом блока определения скорости сближения, со вторым входом блока определения ошибки Дсоб, второй выход блока приема и обработки эхосигналов с УФХН соединен с блоком измерения КУ, выход которого соединен со вторым входом блока определения скорости сближения, блок определения скорости звука соединен со вторым входом блока определения дистанции Д, второй выход которого последовательно соединен с блоком определения радиальной скорости цели, блоком определения ошибки Дцели и вторым входом блока определения Дтек, второй выход блока определения радиальной скорости соединен со вторым входом блока управления и отображения двусторонней связью, а третий выход блока приема и обработки эхосигнала с УФХН соединен двусторонней связью с третьим входом блока управления и отображения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к диагностическим ультразвуковым системам визуализации. Система, формирующая цветовые изображения скорости потока и движения, содержит ультразвуковой зонд, имеющий массив преобразователей для передачи ультразвуковой энергии и приема ультразвуковых эхо-сигналов от местоположения, содержащего движущуюся ткань или текучую среду, допплеровский процессор, для выработки измерений скорости перемещения ткани или скорости кровотока, процессор количественной оценки движения, преобразующий измерения скорости во множество различных цветов для цветового допплеровского изображения, графический процессор, вырабатывающий цветовой индикатор для отображения вместе с цветовым допплеровским изображением, причем цветовой индикатор имеет конечный уровень скорости и опорный уровень для нулевой скорости.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для автоматического обнаружение цели, определения ее параметров при использовании зондирующих сигналов большой длительности на фоне реверберационных помех.

Изобретение относится к области гидроакустики и предназначено для измерения скорости звука гидролокатором по трассе распространения до цели. Полученная оценка скорости звука позволит повысить достоверность при определении основных параметров цели.

Гидроакустический способ управления торпедой, содержащий выпуск торпеды, которая излучает зондирующие сигналы через фиксированные промежутки времени, прием эхосигналов гидролокатором освещения ближней обстановки, выделение классификационных признаков, определение класса объекта, формирование сигналов управления, используются одновременно две торпеды, выпускаемые в сторону цели, первая из которых начинает излучать зондирующие сигналы через фиксированные интервалы времени после выпуска второй торпеды в направлении на цель, управление которой осуществляется по проводам, приемный тракт второй торпеды принимает отраженные от цели эхо-сигналы, передает на гидролокатор освещения ближней обстановки, который корректирует движение второй торпеды.

Гидролокатор с трактом прослушивания эхо-сигналов относится к гидроакустической технике и может быть использован для точного преобразования спектра эхо-сигналов целей, обнаруженных активным гидролокатором, и их классификации на слух оператором гидролокатора.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для оценки технических параметров подводного объекта (ПО) на гидроакустическом полигоне. Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является получение возможности оценки уровня отражения тонального акустического сигнала от корпуса ПО.

Малогабаритное универсальное подводное гидроакустическое устройство - это комплекс совмещенных приборов гидроакустической станции звукоподводной связи, реализующий также функцию пассивного пеленгатора, и активного гидролокатора, которое предназначено стать частью экипировки водолазов и дайверов.

Изобретение относится к области гидрографии, в частности к способам и техническим средствам определения поправок к глубинам, измеренным однолучевым эхолотом при съемке рельефа дна акватории.

Изобретение относится к области гидроакустики и может использоваться в гидролокационных устройствах обнаружения подводных объектов, предназначенных для использования в районах с высоким уровнем реверберационных помех в условиях мелководья, сложного рельефа дна и волнения водной поверхности.

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам измерения с использованием сдвиговой волны. Ультразвуковая система для измерения свойства исследуемой области у субъекта с использованием сдвиговой волны содержит ультразвуковой зонд, выполненный с возможностью последовательно передавать, в каждое из множества фокусных пятен в исследуемой области, толкающий импульс для генерации сдвиговой волны, причем каждое из множества фокусных пятен имеет взаимно отличающееся значение глубины, и принимать ультразвуковые эхо-сигналы смежно с каждым из множества фокусных пятен, детектор сдвиговых волн, который указывает свойство, которое генерируемая сдвиговая волна имеет в фокусном пятне, и средство оценки свойства, выполненное с возможностью оценивать второй параметр, который указывает на свойство исследуемой области, в качестве функции извлекаемых первых параметров во множестве фокусных пятен.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано при построении систем, предназначенных для обнаружения целей гидролокационным методом в морской среде и измерения их параметров. Техническим результатом использования является повышение достоверности измерения дистанции до обнаруженной цели путем учета влияния скорости взаимного сближенияудаления цели и носителя гидролокатора. Для обеспечения заявленного технического результата предложен активный гидролокатор, содержащий излучающую и приемную акустические антенны, генераторное устройство, коммутатор приема-передачи, устройство формирования характеристик направленности, блок измерения T времени задержки эхосигнала от цели относительно момента излучения зондирующего сигнала, блок измерения вертикального разреза скорости звука, блок измерения собственной скорости, блок измерения угла прихода в горизонтальной плоскости, блок определения радиальной составляющей собственной скорости, блок определения дистанции, проходимой гидролокатором за время распространения сигнала до объекта и обратно, блок измерения времени между излучения второго сигнала и моментом приема второго эхосигнала, блок определения скорости сближения или расхождения, блок определения радиальной скорости цели, блок определения дистанции, проходимой гидролокатором за время от момента отражения до момента приема, блок определения дистанции до цели на момент приема второго эхосигнала. 1 ил.

Наверх