ГИДРОАКУСТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПОДВОДНОЙ ЛОДКИ

ГИДРОАКУСТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПОДВОДНОЙ ЛОДКИ
Полезная модель относится к области гидроакустики и может быть использована в качестве гидроакустического вооружения подводных лодок военного назначения, а также при исследованиях Мирового океана.
Гидроакустические комплексы (ГАК) являются основой информационной системы подводных лодок (ПЛ); с помощью ГАК решается комплексная задача наблюдения за подводной обстановкой, включающая обнаружение, определение координат и элементов движения, классификацию различных целей. В настоящее время сформировалась типовая структура ГАК ПЛ, включающая следующие подсистемы [1-6]:
- подсистему шумопеленгования, решающую задачи обнаружения шумящих объектов различного типа с помощью бортовых и буксируемой антенн, при этом подсистему шумопеленгования разделяют на две подсистемы: подсистему шумопеленгования в среднечастотном диапазоне (подсистема ШП), содержащую основную носовую антенну, и подсистему шумопеленгования в низкочастотном диапазоне (подсистема ШПНЧ), содержащую гибкую протяженную буксируемую антенну (ГПБА);
- подсистему гидролокации (ГЛ), работающую в активном режиме обнаружения подводных целей;
- подсистему обнаружения гидроакустических сигналов (ОГС), предназначенную для обнаружения работающих в различных диапазонах гидролокаторов;
- подсистему звукоподводной связи (СВ);
- подсистему миноискания (МИ), одновременно выполняющую функции обнаружения препятствий вблизи ПЛ;
- подсистему классификации (КЛ).
Функционирование подсистем ГАК ПЛ обеспечивают системы, к которым относятся:
- центральная вычислительная система (ЦВС);
- система отображения, регистрации, документирования и управления (СОРДиУ);
- автоматизированная система технической диагностики (АСТД);
- система гидроакустических расчетов (СГР);
- тракт акустического контроля помех и шумов;
- система электропитания.
Наиболее близким по функциональным и техническим характеристикам к предлагаемой полезной модели ГАК ПЛ является «Гидроакустический комплекс подводных лодок» по Патенту на полезную модель [7], который принят за прототип. Устройство-прототип содержит подсистемы ШП, ШПНЧ, ГЛ, ОГС, СВ, МИ, КЛ, тракт акустического контроля помех и шумов, а также системы АСТД, ЦВС, СГР, СОРДиУ, вторичного электропитания.
Подсистемы ГАК (кроме подсистемы КЛ) содержат акустические антенны, активные подсистемы содержат излучающие (или приемно-излучающие) антенны и генераторные устройства (ГУ), пассивные подсистемы содержат приемные антенны и аппаратуру предварительной обработки информации (АПО) [6, 9].
Все АПО и ГУ устройства-прототипа через общую шину соединены с ЦВС, а ЦВС соединена с СОРДиУ, содержащей пульты с подключенными периферийными устройствами.
Устройство-прототип может осуществлять наблюдение за подводной обстановкой, включающей обнаружение цели, решение координатных задач, классификацию цели.
В то же время ГАК-прототип не обеспечивает возможности использования ПЛ-носителя при плавании в ледовых условиях, в том числе осуществление навигации для решения различных задач, а также безопасности плавания [6]. Это является существенным недостатком, не позволяющим осуществлять плавание подо льдом.
Основной задачей предлагаемой полезной модели является расширение функциональных возможностей ГАК.
Техническими результатами использования полезной модели являются:
- возможность обнаружения разводий в ледовом покрове, что необходимо для безопасного всплытия;
- возможность определять из-под воды толщину ледового покрова и рельеф нижней кромки льда, абсолютную скорость ПЛ относительно ледового покрова, что необходимо для использования оружия, а также для предупреждения столкновений с ледяными наростами.
Для решения поставленных задач в гидроакустический комплекс подводной лодки, состоящий из подсистем шумопеленгования в среднечастотном диапазоне (ШП), гидролокации (ГЛ), обнаружения гидроакустических сигналов (ОГС), низкочастотного шумопеленгования (ШПНЧ), гидроакустической связи (СВ), миноискания (МИ), классификации, автоматизированной системы технической диагностики (АСТД), тракта акустического контроля помех и шумов, системы отображения, регистрации, документирования и управления (СОРДиУ), систем гидроакустических расчетов, электропитания и центральной вычислительной системы (ЦВС) с периферийными вычислительными устройствами,
при этом аппаратура предварительной обработки подсистем ШП, ОГС, ШПНЧ и генераторные устройства подсистем ГЛ и СВ через общую шину соединены с ЦВС, а ЦВС соединена с СОРДиУ, выполненной из пультовых приборов, каждый из которых содержит монитор и вычислительное устройство, выполненное с возможностью подключения периферийных устройств,
введены новые признаки, а именно
дополнительно введена подсистема обзора ледовой обстановки (ОЛО) состоящая из трактов бокового обзора (БО), кругового обзора (КО), многолучевого эхолота по ледовой поверхности (МЛЭ), эхоледомера и автономный тракт измерения скорости ПЛ относительно ледовой поверхности,
при этом тракт БО содержит первую и вторую идентичные приемно-излучающие антенны, расположенные по обоим бортам ПЛ на выдвижных устройствах; тракт КО содержит третью приемно-излучающую антенну с электромеханическим вращением, тракт МЛЭ содержит первую излучающую и первую приемную антенны, расположенные в кормовой части палубы, тракт эхоледомера содержит вторую излучающую и вторую приемную антенны, предназначенные для работы в параметрическом режиме и расположенные в носовой части палубы, а также четвертую, пятую и шестую приемно-излучающие антенны, расположенные в носовой и кормовой частях палубы и в ограждении рубки, причем антенны трактов БО, КО и МЛЭ соединены с общей для трактов первой приемно-усилительной аппаратурой, антенны тракта эхоледомера соединены со второй приемно-усилительной аппаратурой, первая и вторая приемно-усилительная аппаратура через коммутатор интерфейсного обмена соединены с ПВУ, а автономный тракт измерения скорости ПЛ относительно ледовой поверхности содержит седьмую приемно-излучающую антенну, расположенную в носовой части палубы и соединенную с аппаратурой управления, формирования, обработки и отображения сигналов.
Для обеспечения бесперебойной работы всех подсистем ГАК, в том числе и подсистемы ледовой обстановки введена подсистема технологической настройки и контроля состояния, который содержит задающий компенсатор и реализуется на средствах ЦВС и СОРДиУ.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется представленной на фиг. 1 обобщенной функциональной схемой.
Центральной системой заявляемой полезной модели - гидроакустического комплекса подводной лодки - является ЦВС 1, на которую передаются сигналы управления с пультовых приборов 2, а сигналы различного типа с ЦВС через общие шины 3 передаются (или принимаются) на все подсистемы и системы ГАК. Обработанная в подсистемах комплекса информация через шины 3 и ЦВС 1 передается на пультовые приборы 2 или во внешние системы (фиг. 1).
Подсистемы ШП 4, ОГС 5, ШПНЧ 6, ГЛ 7, МИ 8, СВ 9 через общую шину 3 соединены с ЦВС 1.
Аппаратура подсистемы обзора ледовой обстановки содержит тракты бокового и кругового обзора (БО и КО), многолучевого эхолота (МЛЭ), эхоледомера, а также автономную аппаратуру подсистемы измерения скорости ПЛ относительно ледовой поверхности. В составе тракта бокового обзора -первая и вторая приемно-излучающие антенны 10, 11 (ПИА1, ПИА2); тракт кругового обзора содержит третью приемно-излучающую антенну 12 (ПИА3) с электромеханическим вращением (привод вращения не показан на фиг. 1); многолучевой эхолот содержит первую излучающую антенну 13 (ИА1) и первую приемную антенну 14 (ПА2), причем антенны трактов БО, КО и МЛЭ соединены с первой приемно-усилительной аппаратурой 15 (ПУА1). Тракт эхоледомера содержит вторую излучающую антенну 16 (ИА2) и вторую приемную антенну 17 (ПА2), предназначенные для обеспечения работы в режиме параметрического излучения, а также четвертую, пятую и шестую приемно-излучающие антенны 18, 19, 20 (ПИА4, ПИА5, ПИА6), выполненные идентичными, причем антенны 16-20 соединены со второй приемно-усилительной аппаратурой 21 (ПУА2). Автономный тракт измерения скорости ПЛ относительно ледовой поверхности содержит седьмую приемно-излучающую аппаратуру 22 (ПИА7), соединенную с аппаратурой управления, формирования и отображения сигналов 23 (АУФ).
На фиг. 1 не показана аппаратура системы электропитания, которая питается от корабельной сети и формирует напряжения для электропитания аппаратуры ГАК, а также аппаратура тракта акустического контроля помех и шумов, которая включает отдельные акустические приемники, расположенные в приемных антеннах, и прибор предварительной обработки, данные с которого через шину 3 и ЦВС 1 поступают в пультовые приборы 2.
Конструктивные и иные характеристики отдельных узлов и элементов, составляющих ГАК, известны из литературы. Описание структуры ГАК и отдельных подсистем и систем представлено в [6].
Антенны 10-14, 16-20, 22 предназначены для преобразования акустических сигналов в электрические (приемные антенны), электрических сигналов в акустические (излучающие антенны) или являются обратимыми (приемно-излучающие). Сведения о конструкциях и типах антенн представлены в [8, 9].
В приемно-усилительной аппаратуре 15, 21 в режиме излучения формируют сигналы необходимой мощности, структура которых определяется ЦВС 1. В режиме приема в аппаратуре 15, 21 выполняется предварительная обработка -усиление и фильтрация. Способы построения приемно-усилительной аппаратуре изложены, в частности, в [6, 10].
Аппаратура управления, формирования и отображения сигналов 23 автономной подсистемы измерения скорости ПЛ относительно ледовой поверхности содержит излучающий и приемный тракты, а также управляющую мини-ЭВМ с дисплеем.
Основные функции центральной вычислительной системы 1 и системы отображения, регистрации, документирования и управления, реализуемой в пультовых приборах 2, изложены в книге [6], а также в описании устройства-прототипа [7]. ЦВС и СОРДиУ являются системами, которые реализуют свои функции во всех трактах и системах ГАК. Эти системы работают с данными в цифровом виде. Содержание их работы составляют алгоритмы управления, формирования и обработки информации, реализуемые программными средствами. ЦВС представляет собой многомашинный комплекс, состоящий из процессоров различных типов. Структурно каждый пультовой прибор имеет панельную станцию, состоящую из двух дисплеев (в одном конструктиве) [6, 7], органы управления (клавиатура, трекбол и др.), гнезда и порты для подключения периферийных устройств (микрофон, телефоны, принтер, внешняя память и т.п.).
Подсистема классификации, системы гидроакустических расчетов и автоматизированная система технической диагностики являются программно-ориентированными и реализуются средствами ЦВС и СОРДиУ.
Работой ГАК управляют операторы, которые размещаются за пультами приборов 2. После включения электропитания загружается программное обеспечение для начального пуска и с помощью АСТД автоматически выполняется техническая диагностика ГАК. Мнемосхема АСТД фиксирует состояние включенной аппаратуры в течение времени, необходимого для оценки оператором возможности работы или необходимости ремонта или иных действий в случае неисправности.
По умолчанию основным режимом работы ГАК ПЛ является приемный, поэтому оперативно включенными являются подсистемы ШП, ШПНЧ (если выпущена ГПБА), ОГС и СВ (прием). Одновременно работает с принимаемыми данными подсистема КЛ.
Активные подсистемы ГАК - подсистемы ГЛ, МИ, а также активные режимы подсистемы СВ включаются на излучение только по командам. Тракты подсистемы ОЛО включаются при плавании подо льдом. Работы, связанные с гидроакустическими расчетами (СГР), контроль текущего состояния осуществляют периодически или по специальному расписанию.
При начале работы на обоих экранах каждого пультового прибора по умолчанию появляется начальный кадр с цифро-буквенным отображением начальной информации, в том числе Меню подсистем и систем. Источником информации для оператора является информация на экранах, а также информация, поступающая по головным телефонам (тракт прослушивания введен во все пассивные и активные подсистемы ГАК, связанные с обнаружением цели). Действия оператора такие же, как действия оператора ЭВМ: анализ цифро-буквенной, табличной и графической информации, появляющейся на экране, изменение параметров (если это предусмотрено), вызов новой информации, пересылка информации во внешние системы и т.п. При этом используются имеющиеся в пультовом приборе органы управления.
Введение в ГАК новых существенных признаков обеспечивает заявленный технический эффект, связанный с расширением возможностей ГАК и повышением эффективности его функционирования. В частности:
- обеспечивается эффективность и безопасность плавания ПЛ подо льдом - введена подсистема обзора ледовой обстановки;
- введение технологического режима настройки и контроля дает возможность оперативному персоналу производить мониторинг текущих характеристик ГАК.
Заявляемая полезная модель гидроакустического комплекса подводной лодки расширяет технические возможности наблюдения подводной обстановки и может быть использована в качестве основной информационной системы для ПЛ различных типов.
Источники информации
1. Патент РФ №2281528. Гидроакустический комплекс подводной лодки. МПК G01S 15/87. Заявл. 13.10.2004, публ. 10.08.2006, бюлл. 22
2. Свидетельство на полезную модель №20388. Гидроакустический комплекс подводной лодки. МПК G01S 3/80, G01S15/00. Заявл. 11.03.2001, публ. 27.10.2001, бюлл. 30
3. Свидетельство на полезную модель №24736. Гидроакустический комплекс подводной лодки. МПК G01S 15/00. Заявл. 21.02.2002, публ. 20.08.2002,бюлл. 23
4. TSM 2233. Sonar System for Submarine. Проспект фирмы Thomson Marconi Sonar, France
5. Патент РФ на полезную модель №50004. Гидроакустический комплекс неатомной подводной лодки. МПК G01S 3/80. Заявл. 03.05.2005, публ. 10.12.2005, бюлл. 34
6. Корякин Ю.А., Смирнов С.А., Яковлев Г.В. Корабельная гидроакустическая техника. СПб: Наука, 2004
7. Патент РФ на полезную модель №122494. Гидроакустический комплекс подводной лодки. МПК G01S 3/80. Заявл. 05.07.2012, публ. 27.11.2012, бюлл. 33 (ПРОТОТИП)
8. Смарышев М.Д., Добровольский Ю.Ю. Гидроакустические антенны. Л., Судостроение, 1984
9. Справочник по гидроакустике. Л., Судостроение, 1988
10. Митько В.Б., Евтютов А.П., Гущин СЕ. Гидроакустические средства связи и наблюдения. Л., Судостроение, 1982
11. Патент РФ №2326352. Измеритель скорости звука в жидких средах. МПК G01H 5/00. Заявл. 26.05.2006, публ. 10.06.2008, бюлл. 16