ГИДРОЛОКАТОР БОКОВОГО ОБЗОРА

Полезная модель относится к области гидроакустики и может быть использована при разработке гидролокаторов бокового обзора (ГБО), используемых для просмотра дна и водных акваторий.
Известен ГБО, содержащий антенну, блок управления, блок индикации и приемоизлучающий тракт, состоящий из генератора, приемника и коммутатора, причем, выходы блока управления соединены с управляющими входами блока индикации, приемника и генератора, выход генератора соединен с входом коммутатора, двунаправленный выход коммутатора соединен с акустической антенной, состоящей из корпуса, внутренние поверхности которого покрыты звукоизолирующими экранами, основания с укрепленными на нем акустическими преобразователями, имеющими одну резонансную частоту f1, внутренний объем корпуса заполнен звукопрозрачным герметизирующим компаундом; второй выход коммутатора соединен с входом приемника, выход которого соединен с информационным входом блока индикации. Антенна ГБО состоит, как правило, из отдельных пьзоэлементов прямоугольной формы расположенных в ряд и установленных в общем корпусе. Размеры пьезоэлементов и излучающей поверхности антенны определяются ее рабочей частотой и шириной диаграммы направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях [1].
Описание такого гидролокатора типа Sport Scan приведено на сайте . Его работа происходит следующим образом. Блок управления вырабатывает синхросигнал, запускающий генератор, с выхода которого зондирующий сигнал поступает на вход коммутатора, а с его двунаправленного выхода на акустическую антенну, излучающую в среду лоцирования - воду акустический сигнал. Антенна имеет ширину диаграммы направленности в горизонтальной плоскости 1.8°-0.7°, а в вертикальной - 60°-30°. Акустический сигнал распространяется в канале лоцирования - водной среде, отражается от объектов, находящихся в нем, а также от дна, и принимается той же антенной. Электрический сигнал, соответствующий отраженным акустическим эхо-сигналам проходит через коммутатор и с его второго выхода, поступает на вход приемника, где выполняется обработка сигнала по заданному алгоритму (усиление, фильтрация, регулировки в блоках «Отсечка» и ВАРУ - временная автоматическая регулировка усиления, детектирование и другие) [2]. С выхода приемника сигнал поступает на информационный вход блока индикации, выдающего информацию об объектах находящихся в канале лоцирования и на дне.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются ограниченные эксплуатационные возможности локатора, обусловленные тем, что лоцирование дна в гидролокаторе выполняется на разных дистанциях, отличающихся в несколько раз. Так, например, при ширине характеристики направленности акустической антенны равной 60° отношение максимальной и минимальной дальностей лоцирования будет равно двум, при большей ширине направленности антенны это отношение будет еще больше. Это приведет к тому, что рабочая частота локатора будет оптимальной только для узкого сектора лоцирования. Для гидролокатора имеем, что
opt
2/3
f=36,6/r,
opt
где f - оптимальная частота лоцирования, кГц, r - максимальная дальность лоцирования, км [2, с.90]. При отношении дистанций лоцирования равном 2 или 3 - отношение оптимальных частот будет равно соответственно 1,59 и 2,08. В современных ГБО лоцирование выполнятся на какой - либо одной выбранной частоте из имеющихся для конкретного локатора. То - есть лоцирование для отдельных углов просмотра пространства будет выполняться не на оптимальной частоте.
Это приводит к уменьшению возможной максимальной дальности лоцирования ГБО или к увеличению мертвой зоны и разрешающей способности по дальности локатора при малых дистанциях.
Признаки, совпадающие с заявленным объектом - антенна, блок управления, блок индикации и приемоизлучающий тракт, состоящий из генератора, приемника и коммутатора, причем, выходы блока управления соединены с управляющими входами блока индикации, приемника и генератора, выход генератора соединен с входом коммутатора, двунаправленный выход коммутатора соединен с акустической антенной, состоящей из корпуса, внутренние поверхности которого покрыты звукоизолирующими экранами, основания с укрепленными на нем акустическими преобразователями, имеющими одну резонансную частоту fl, внутренний объем корпуса заполнен звукопрозрачным герметизирующим компаундом; второй выход коммутатора соединен с входом приемника, выход которого соединен с информационным входом блока индикации.
Такую же конструкцию имеют ГБО, описания которых приведены и в других источниках, например [3-5].
Задачей данной полезной модели является расширение эксплуатационных возможностей гидролокатора бокового обзора.
Технический результат заключается в том, что в предложенном ГБО лоцирование выполняется на нескольких частотах одновременно, причем для каждого сектора обзора пространства лоцирование выполняется на частоте близкой к оптимальной.
Технический результат достигается тем, что в ГБО, содержащем блок управления, блок индикации, (выход блока управления соединен с управляющим входом блока индикации), приемоизлучающий тракт, и антенну, состоящую из корпуса, внутренние поверхности которого покрыты звукоизолирующими экранами; основания с укрепленными на нем акустическими преобразователями, имеющими одну резонансную частоту f1, а внутренний объем корпуса заполнен звукопрозрачным герметизирующим компаундом, дополнительно введены (n-1) приемоизлучающих трактов, каждый из приемоизлучающих трактов содержит генератор, приемник, коммутатор, причем, выходы блока управления соединены с управляющими входами приемников и генераторов, выходы генераторов соединены с входами коммутаторов, двунаправленный выход каждого коммутатора соединен с акустическими преобразователями антенны, имеющими резонансные частоты f1, f2…fn, второй выход каждого коммутатора соединен с входом соответствующего приемника, выходы которых соединены с информационными входами блока индикации; дополнительные акустические преобразователи укреплены также на основании антенны и расположены таким образом, чтобы в горизонтальной плоскости они имели одинаковую диаграмму направленности, а в вертикальной плоскости сумма диаграмм направленности акустических преобразователей с частотами f1-fn перекрывала бы необходимый сектор лоцирования.
Полезная модель поясняется чертежами. На фиг.1 показана функциональная схема заявляемого гидролокатора бокового обзора, на фиг.2 - устройства антенны ГБО, на фиг.3 - диаграммы направленности акустических преобразователей антенны в вертикальной плоскости.
Гидролокатор бокового обзора (фиг.1) содержит блок управления 1, блок индикации 2, выход блока управления 1 соединен с управляющим входом блока индикации 2, n приемоизлучающих трактов 3-4, и антенну 5, состоящую из корпуса 6, (фиг.2) внутренние поверхности которого покрыты звукоизолирующими экранами 7, основания 8 с укрепленными на нем акустическими преобразователями 9-11, имеющими резонансные частоты f1, f2…fn, a внутренний объем корпуса 6 заполнен звукопрозрачным герметизирующим компаундом 12. Каждый из приемоизлучающих трактов 3-4 содержит генератор 13, приемник 14, коммутатор 15, причем, выходы блока управления 1 соединены с управляющими входами приемников 14 и генераторов 13. Выходы генераторов 13 соединены с входами коммутаторов 15, двунаправленный выход каждого коммутатора 15 соединен с акустическими преобразователями 9-11 антенны 5, имеющими резонансные частоты f1, f2…fn, второй выход каждого коммутатора 15 соединен с входом соответствующего приемника 14, выходы приемников 14 соединены с информационными входами блока индикации 2.
Акустические преобразователи 9-11 укреплены на основании антенны 8 и расположены таким образом, чтобы в горизонтальной плоскости они имели одинаковую диаграмму направленности, а в вертикальной плоскости сумма диаграмм направленности акустических преобразователей 9-11 с частотами f1 - fn перекрывала бы заданный сектор лоцирования, как показано на фиг.3. Для этого акустические преобразователи 9-11 укреплены на основании 8 с наклоном относительно друг друга на угол, равный половине суммы диаграмм направленностей соседних преобразователей на уровне 0,707. Причем, самые высокочастотные акустические преобразователи 9 излучают и принимают эхо-сигналы на минимальных дистанциях лоцирования, а самые низкочастотные акустические преобразователи 11 - на максимальных дистанциях лоцирования. Размеры В, С и D (фиг.2) акустических преобразователей определяются соответственно шириной диаграммы направленности в вертикальной и горизонтальных плоскостях, а также рабочей частотой f преобразователей [1].
Блок управления 1 периодически через заданные временные интервалы Т вырабатывает синхроимпульсы, поступающие на входы генераторов 13 приемоизлучающих трактов 3-4 и разрешающие их работу. Зондирующие электрические сигналы, формируемые на выходе генераторов 13 с частотами f1, f2…fn поступают на входы коммутаторов 15 и с их двунаправленных выходов на акустические преобразователи 9-11 антенны 5, излучающей в среду лоцирования - воду акустический сигнал с частотами f1, f2…fn, распространяющийся в ней и отражающийся от находящихся в среде лоцирования объектов. Электрические сигналы, соответствующие отраженным от объектов акустическим эхо-сигналам со вторых выходов коммутаторов 15 поступают на входы приемников 14, где осуществляется их обработка по стандартному алгоритму (усиление, фильтрация, регулировка ВАРУ (временная автоматическая регулировка усиления), отсечка, детектирование и др.) [2]. С выходов приемных трактов 14 сигналы поступают на информативные входы блока индикации 2, с которого осуществляется съем информации об обнаруженных объектах. Одновременно с генераторами 13 синхросигналы поступают также на управляющие входы блока индикации 2 и приемников 14, где осуществляют временную привязку рабочих циклов блоков 2, 13 и 14. Сигналы с выходов каждого из приемников 14 характеризуют наличие и параметры объектов находящихся в канале лоцирования для отдельных секторов, определяемых характеристикой направленности акустических преобразователей 9-11 антенны.
Таким образом, добавление новых блоков и связей, а также изменение конструкции антенны позволило расширить эксплуатационные возможности ГБО. Лоцирование на всех дистанциях выполняется на оптимальных частотах, что позволяет на малых дистанциях получить высокую разрешающую способность, малую мертвую зону, и пониженный уровень реверберационных помех. Понижение частоты акустических зондирующих сигналов для других секторов лоцирования позволяет увеличить максимальную дальность лоцирования без снижения качественных показателей для других направлений.
Техническая реализация предложенного ГБО не представляет сложностей. Все его электронные блоки являются стандартными, используемыми в различных гидроакустических локационных системах. Ряд блоков ГБО (блоки управления, индикации и другие) могут быть реализованы на основе микроконтроллерных систем или персональных ЭВМ. Реализация антенны ГБО также не вызывает затруднений. Испытания макета заявляемого ГБО показало его качественные преимущества по сравнению с имеющимися реализациями.
Информационные источники
1. Смарышев М.Д., Добровольский Ю.Ю. «Гидроакустические антенны», Л.Судостроение, 1984. - 300 с.
2. Кобяков Ю.С., Кудрявцев Н.Н., Тимошенко В.И. Конструирование гидроакустической рыбопоисковой аппаратуры. - Л.: Судостроение, 1986. - 272 с.
3. Патент RU 1301143 «Приемное устройство гидролокатора бокового обзора», МПК G01S 15/02, опубликован 30.11.1994г.
4. Патент RU 1829019 «Способ определения глубин акваторий фазовым гидролокатором бокового обзора и фазовый гидролокатор бокового обзора для его осуществления», МПК G01S 15/00, опубликован 23.07.1993 г.
5. Патент RU 2060516 «Приемное устройство гидролокатора бокового обзора», МПК G01S 15/02, опубликован 20.06.1996 г.