Шумопеленгаторная станция для подводной лодки

Авторы патента:

Машошин Андрей Иванович (RU)

Воронов Антон Михайлович (RU)

Батанов Андрей Константинович (RU)

Цветков Антон Валерьевич (RU)

Батанов Кирилл Андреевич (RU)

Кузьмин Александр Андреевич (RU)

G01S3/80 - с использованием инфразвуковых, звуковых или ультразвуковых колебаний

Владельцы патента RU 2791851:

Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" (RU)

Использование: изобретение относится к области гидроакустики, а именно к способам и устройствам обнаружения морских целей по их шумоизлучению в низком звуковом и инфразвуковом диапазонах частот с использованием шумопеленгаторной станции с линейными протяжёнными бортовыми антеннами (ЛПБА). Сущность: шумопеленгаторная станция для подводной лодки (ПЛУ) содержит гидроакустические приемники (ГАП), для обеспечения сферической характеристики направленности которых каждый ГАП, входящий в состав ЛПБА, представляет собой конструкцию из двух пьезокерамических преобразователей, соединённых таким образом, что их оси взаимно перпендикулярны. В результате этого ГАП становятся ненаправленными (всенаправленными) в обеих плоскостях. Для придания ГАП высокой виброустойчивости по отношению к вибрациям корпуса ПЛ ЛПБА крепится к корпусу ПЛ через виброизолирующий слой; каждый ГАП помещён в герметичную камеру с полимерным заполнителем. Используют обтекатель, обладающий высокой звукопрозрачностью и одновременно механической прочностью. Блоки предварительной обработки сигналов встроены в ЛПБА и располагаются в непосредственной близости от ГАП. Технический результат: обеспечение работоспособности ЛПБА при воздействии корабельных шумов, вибраций и наводок. 7 ил.

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к способам и устройствам обнаружения морских целей по их шумоизлучению в низком звуковом и инфразвуковом диапазонах частот.

Одним из условий обеспечения боевой устойчивости подводной лодки (ПЛ) является своевременное обнаружение и классификация торпед и противолодочных вертолётов и самолетов (далее воздушных целей) во всем круговом секторе курсовых углов и углов места. Поскольку характерные классификационные признаки торпед и воздушных целей находятся в области низких звуковых и инфразвуковых частот (ниже 500 Гц), на подводных лодках для решения этой задачи используется шумопеленгаторная станция (ШПС) с гибкой протяженной буксируемой антенной (ГПБА) [1]. На фиг.1 изображена кормовая оконечность ПЛ с выпущенной ГПБА.

Кроме решения задачи обнаружения целей в низком звуковом диапазоне частот, ШПС с ГПБА обеспечивают обзор пространства в кормовых курсовых углах, затененных для ШПС с корабельными носовыми гидроакустическими антеннами.

Однако ШПС с ГПБА имеет ряд отдельных недостатков, влияющих на эффективность ее использования.

В качестве прототипа выбрана ШПС, описанная в патенте на полезную модель [2]. Для устранения недостатков а также для пассивного определения дистанции до цели триангуляционным методом в низком звуковом диапазоне частот в данной полезной модели предложено дополнительно к ГПБА вдоль обоих бортов ПЛ устанавливать линейные протяженные антенны (в дальнейшем будем называть их линейными протяженными бортовыми антеннами или сокращённо ЛПБА). Схематично ЛПБА правого борта показана на фиг.2.

На фиг.3 приведена блок-схема устройства-прототипа. Она включает:

- две ЛПБА 2, устанавливаемые вдоль правого и левого бортов ПЛ соответственно;

- два блока 3 передачи сигналов в прочный корпус ПЛ, подключённых к выходам ЛПБА 2 правого и левого бортов;

- два блока 4 обработки сигналов, подключённых к блокам 3 передачи сигналов в прочный корпус ПЛ правого и левого бортов;

- устройство 5 отображения результатов обработки cигналов и управления ШПС, подключённое к выходам блоков 4 обработки сигналов правого и левого бортов ПЛ.

Работа заявляемой в [2] ШПС выглядит следующим образом. ЛПБА 2 правого и левого бортов принимают гидроакустические сигналы в низком звуковом и инфразвуковом диапазонах частот и через блоки передачи сигналов в прочный корпус 3 передают их на вход блока 4 обработки сигналов, где путём формирования характеристик направленности антенны формируется распределение по пеленгам энергии сигналов, принятых антеннами правого и левого бортов. Сформированные распределения для правого и левого бортов совместно отображаются на индикаторе устройства 5 отображения результатов обработки сигналов и управления ШПС. Оператор ШПС, визуально анализируя распределения по пеленгам энергии сигналов, принятых ЛПБА правого и левого бортов, осуществляет обнаружение целей и определение их пеленгов.

В силу крепления ЛПБА к корпусу ПЛ их форма не меняется при маневрировании ПЛ, что обеспечивает постоянную эффективную работу ШПС. Наличие ЛПБА не накладывает ограничений на скорость ПЛ. Экранирование ЛПБА корпусом ПЛ ограничивает сектор обзора каждой ЛПБА в горизонтальной плоскости и тем самым обеспечивает однозначное определение пеленга обнаруженной цели.

Необходимо отметить, что конструкция ЛПБА ни в работе [2], ни в других доступных источниках не описана. Вместе с тем, установка вдоль бортов ПЛ предъявляет к ЛПБА ряд специфических требований. В частности:

- ЛПБА должна иметь высокую виброустойчивость по отношению к вибрациям корпуса ПЛ, передающимся на ЛПБА через элементы её крепления к борту ПЛ;

- для одновременного освещения всей полусферы, ограниченной корпусом ПЛ, гидроакустические приёмники (ГАП), входящие в состав ЛПБА, должны иметь сферическую характеристику направленности (ХН), становящуюся полусферической при установке ГАП на борт ПЛ вследствие экранировки бортом ПЛ;

- ЛПБА должна быть накрыта обтекателем, обладающим высокой звукопрозрачностью и достаточной механической прочностью;

- должны быть приняты меры, исключающие электрические и электромагнитные наводки на кабель, соединяющий ЛПБА с блоком обработки сигналов, располагающимся в прочном корпусе ПЛ.

Решаемая техническая проблема - повышение эксплуатационных характеристик шумопеленгаторной станции с ЛПБА для подводного аппарата, предназначенной для обнаружения целей в низком звуковом и инфразвуковом диапазонах частот.

Технический результат - обеспечение работоспособности ЛПБА при воздействии корабельных шумов, вибраций и наводок.

Конструкция заявляемого устройства проиллюстрирована на фиг. 4-7.

Краткое описание чертежей:

1 - ГПБА;

2 - ЛПБА;

3 - блок передачи сигналов в прочный корпус;

4 - блок обработки сигналов;

5 - устройство отображения результатов обработки сигналов и управления ШПС;

6 - виброизолирующий слой;

7 - герметичная камера с полимерным заполнителем "Гелур";

8 - гидроакустический приёмник (ГАП);

9 - резиновый обтекатель (далее - обтекатель);

10 - гидроакустическое покрытие ПЛ;

11 - пьезокерамические преобразователи;

12 - фланцы ГАП;

13 - крепежная подложка для пьезокерамических преобразователей.

14 - корпусная часть ЛПБА;

15 - опора крепления;

16 - направляющая;

17 - кабель с электрическими и оптическими жилами;

18 - бонка;

19 - блок предварительной обработки сигналов.

ЛПБА (фиг.4 и 7) состоит из приёмной части, соединённой при помощи бонок 18 с бортом ПЛ через виброизолирующий слой 6 и резиновый обтекатель 9.

В состав приёмной части ЛПБА каждого борта ПЛ входят (фиг.7) гидроакустические приемники 8 (конструкция одного ГАП показана на фиг.5), с использованием проложенного вдоль борта ПЛ кабеля с электрическими и оптическими жилами 17, подключенные к блоку предварительной обработки сигналов 19, которые, в свою очередь, подключены к устройству передачи сигналов в прочный корпус 4.

ГАП 8 (фиг.5) представляет собой помещённый в герметичную камеру с полимерным заполнителем "Гелур" 7 конструкцию из двух пьезокерамических преобразователей 11, соединённых таким образом, что их оси взаимно перпендикулярны.

Блок предварительной обработки сигналов 19 является радиоэлектронным устройством, осуществляющим усиление, частотную фильтрацию и аналого-цифровое преобразование сигналов, поступающих с выхода ГАП 8.

Указанный технический результат достигается следующими техническими решениями.

1) Для обеспечения сферической характеристики направленности каждый ГАП 8, входящий в состав ЛПБА 2, представляет собой конструкцию из двух пьезокерамических преобразователей 11, соединённых таким образом, что их оси взаимно перпендикулярны (фиг.5). В результате этого ГАП 8 становятся ненаправленными (всенаправленными) в обеих плоскостях. В качестве иллюстрации на фиг.6 приведены измеренные в гидроакустическом бассейне характеристики направленности ГАП в горизонтальной и вертикальной плоскостях на частоте 3,15×f0 (где f0 - некоторая частота приведения), которые подтверждают всенаправленность ГАП.

2) Для придания ГАП высокой виброустойчивости по отношению к вибрациям корпуса ПЛ:

- ЛПБА 2 крепятся к корпусу ПЛ через виброизолирующий слой 6 (фиг.4 и 7);

- ГАП 8 помещён в герметичную камеру с полимерным заполнителем 7 (фиг.4 и 7).

3) В качестве обтекателя 9, обладающего высокой звукопрозрачностью и одновременно механической прочностью, применена резина марки 51-2708 толщиной порядка 50 мм с прочностью 136 кг/см² (фиг.4 и 7).

4) Для предотвращения искажений сигналов, принимаемых ГАП 8, вследствие электромагнитных наводок на кабель 17, соединяющий ГАП 8 с устройством обработки сигналов 4, расположенном в прочном корпусе ПЛ, блоки предварительной обработки сигналов 19 встроены в ЛПБА и располагаются в непосредственной близости от ГАП 8 (фиг.4 и 7). Предотвращение искажения сигналов, принимаемых ГАП 8, достигается за счёт их усиления и преобразования в цифровую форму, которая, как известно, не подвержена наводкам, особенно при применении помехоустойчивого кодирования.

Таким образом, заявленный технический результат - обеспечение работоспособности ЛПБА при воздействии корабельных шумов, вибраций и наводок - можно считать достигнутым.

Реализуемость заявляемого изобретения подтверждена созданием макета ЛПБА и его испытаниями.

Источники информации:

1. Корякин Ю.А., Смирнов С.А., Яковлев Г.В. Корабельная гидроакустическая техника. Состояние и актуальные проблемы // СПб.: Наука, 2004.

2. Патент РФ №122494.

Шумопеленгаторная станция для подводной лодки (ПЛ), включающая размещённые побортно и прикреплённые к нему две линейные протяженные бортовые антенны (ЛПБА) правого и левого борта, каждая из которых состоит из покрытого обтекателем кабеля с подключёнными к нему гидроакустическими приёмниками (ГАП), два блока передачи сигналов в прочный корпус ПЛ, подключённые к выходам ЛПБА правого и левого борта, два блока обработки сигналов, подключённые к выходам блоков передачи сигналов в прочный корпус ПЛ правого и левого борта, устройство отображения результатов обработки сигналов и управления шумопеленгаторной станцией, подключённое к выходам блоков обработки сигналов правого и левого борта, отличающаяся тем, что каждая ЛПБА крепится к корпусу ПЛ через виброизолирующий слой резиновой композиции, каждый ГАП представляет собой помещённую в герметичную камеру с полимерным заполнителем конструкцию, состоящую из двух пьезокерамических преобразователей со взаимно перпендикулярными осями, обтекатель выполнен из резины, в состав каждой ЛПБА дополнительно включён блок предварительной обработки сигнала, осуществляющий усиление, частотную фильтрацию и аналого-цифровое преобразование сигналов ГАП.

Использование: изобретение относится к области гидроакустики, а именно к техническим средствам позиционирования только по гидроакустическому каналу различного рода подводных объектов (ПО), находящихся длительное время в подводном положении, и удаленных на сотни километров от побережья, судов сопровождения и пунктов управления, в том числе подо льдом.

Способ гидроакустического позиционирования автономного необитаемого подводного аппарата // 2790529

Изобретение относится к области гидроакустической пеленгации и может быть использовано для навигации автономных необитаемых подводных аппаратов с использованием маяков-ответчиков. Сущность: в способе гидроакустического позиционирования автономного необитаемого подводного аппарата относительно источника гидроакустического навигационного сигнала в виде маяка-ответчика, размещенного на объекте подводного или надводного местоположения, повышают точность навигации в условиях малых наклонных расстояний между позиционируемыми объектами за счет введения в алгоритм позиционирования пяти дополнительных функционально связанных вычислительных процедур, позволяющих уменьшить алгоритмические погрешности вычисления угловых координат источника гидроакустического навигационного сигнала.

Устройство испытаний радиотехнических систем пассивного траекторного слежения за летательными аппаратами // 2790066

Изобретение относится к области испытаний радиотехнических систем (РТС) пассивного траекторного слежения за летательными аппаратами (ЛА) по излучению их бортовых радиоэлектронных средств (БРЭС). Сущность заявленного технического решения заключается в том, что сигналы БРЭС имитируются аппаратурой, установленной на земле, с возможностью перемещения в угломестной плоскости по заданной программе, а испытываемая РТС размещена на поворотной платформе, обеспечивающей ее вращение в азимутальной плоскости по заданной программе.

Способ проверки точности навигации автономного необитаемого подводного аппарата // 2789714

Использование: изобретение относится к области натурных испытаний автономных необитаемых подводных аппаратов и может быть использовано для проверки точности их навигации и траекторных возможностей подводного передвижения, в значительной мере определяющих сферу применения подводных аппаратов и категорию решаемых с их помощью задач.

Абонентский приемник в составе гидроакустической системы позиционирования большой дальности для глубокого моря // 2789636

Использование: изобретение относится к области подводной навигации, в частности к гидроакустическим навигационным средствам для определения местоположения и приема информационных сообщений подводными объектами, движущимися в глубоком море. Сущность: приемник размещается на борту объекта навигации, оснащенного бортовой системой управления и способного выходить на ось подводного звукового канала.

Способ обработки и отображения сигналов в гидроакустической станции с гибкой протяжённой буксируемой антенной // 2789101

Использование: изобретение относится к способам освещения подводной обстановки, а конкретно к способам отображение информации в пассивных низкочастотных гидроакустических станциях (ГАС) с гибкими протяженными буксируемыми антеннами (ГПБА). Сущность: в способе осуществляется синхронный набор дискретных реализаций сигналов на выходе всех приемных элементов ГПБА; путем двумерного быстрого преобразования Фурье вычисляются узкополосные комплексные спектры сигналов, соответствующих разным курсовым углам (вееру курсовых углов); путем суммирования квадратов действительных и мнимых частей узкополосных комплексных спектров вычисляются энергетические спектры сигналов, соответствующих разным курсовым углам; несколько последовательных реализаций энергетических спектров, соответствующих одноименным курсовым углам, накапливаются; в каждом накопленном энергетическом спектре методом двустороннего контраста выделяются ДС с определением их курсового угла, частоты и уровня; на индикаторе в координатах "курсовой угол (по горизонтали) - частота (по вертикали) - амплитуда (яркостью либо цветом)" на ДС, выделенные на предыдущих циклах накопления, со сдвигом на один пиксель по частоте накладываются ДС, выделенные на текущем цикле накопления, с учетом их курсовых углов, частот и уровней.

Способ обработки информации в режиме шумопеленгования гидроакустического комплекса // 2788477

Использование: изобретение относится к области гидроакустики и предназначено для предупреждения о возможном столкновении с морским объектом, обнаруженным по шумовому полю. Сущность: способ применим для режима шумопеленгования гидроакустического комплекса, осуществляющего прием шумового сигнала объекта гидроакустической антенной, определение отношения сигнала к помехе в совокупности частотных диапазонов, определение направлений на объект и мощностей сигнала в последовательные моменты времени, определение угловой скорости объекта.

Способ определения координат источников излучения пассивным гидролокатором // 2788476

Использование: изобретение относится к области гидроакустики, конкретно - к пассивной гидролокации, а также может быть использовано в атмосферной акустике и пассивной радиолокации. Сущность: в способе пассивного определения координат источников излучения, содержащем прием сигнала широко-апертурной приемной системой из М разнесенных антенн (М≥3) в зоне Френеля, предварительную обработку, задание поля индикации с границами «αmin, αmax; Dmin, Dmax», и с координатной сеткой «направление α - дальность D»:: αр, Dq (р=1, …Р, g=1, …Q), с границами поля наблюдения «αmin<αp<αmax; Dmin≤Dq≤Dmax» и Р×Q-канальную меж-антенную обработку, с координатной сеткой и линейными шкалами α (градус) и D (метр), введены новые признаки: для каждой pq-й ячейки индикаторной таблицы определяют виртуальную точку фокусировки приемной системы Rpq с координатами <αр, rq>, совпадающую по направлению с αр и отличающуюся по дальности: rq≠Dq, но связана с Dq нелинейной зависимостью, приемную систему фокусируют в точку Rpq, формируют индикаторную таблицу, для чего в каждой pq-й ячейке определяют значения взаимной корреляции Cmn(τmnR(pq)) всех пар антенн и считывают значений измеренных ПВКФ Cmn(τ) в точках τ=τmnR(pq), заполняя этими значениями ячейки индикаторной таблицы путем суммирования по индексу mn удвоенных значений Cmn(τmnR(pq)) и выходных значений квадратичного детектирования сигналов с выходов антенн и, полученную таким образом индикаторную таблицу выводят на индикатор с координатной сеткой и шкалами а координаты источников излучения определяют по положению главных максимумов их сигнальных отметок на шкалах координатной сетки.

Способ локализации в пространстве шумящего в море объекта // 2788341

Использование: изобретение относится к области гидроакустики, а именно к способам и устройствам локализации шумящих в море объектов по их шумоизлучению, и может быть использовано для решения задачи определения глубины погружения шумящего в море объекта. Сущность: в способе предварительно формируют таблицу зависимости задержек от глубины погружения шумящего в море объекта в текущих гидролого-акустических условиях.

Способ определения направления прихода радиосигнала // 2787952

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для определения направления прихода радиосигналов. Требуемый технический результат, заключающийся в повышении быстродействия и обеспечении равномерной во всем диапазоне пространственных углов точности определения направления прихода радиосигнала, а также в расширении арсенала технических средств, достигается в способе, основанном на регистрации сигналов элементами приемной антенной решетки, отличающийся тем, что используют сигналы N=4 ненаправленных или одинаково направленных элементов антенной решетки, фазовые центры которых лежат в вершинах правильного тетраэдра на расстоянии R от центра тетраэдра, где R - радиус описанной сферы, и формируют измеренный вектор полных фаз на N антенных элементах, трехмерные координаты которых заданы матрицей координат, определяют трехмерный волновой вектор k прихода плоской электромагнитной волны , откуда пеленг θ и угол места β определяют из соотношений: θ=arctg(kx/ky), β=arcsin(kz/|k|).