Двухканальное гидроакустическое устройство управления объектами с повышенной помехоустойчивостью

Полезная модель относится к подводной гидроакустике и может использоваться для передачи и приема сигналов управления объектами в водной среде.
Известны гидролокаторы, обеспечивающие обнаружение объектов путем излучения и приема отраженных гидроакустических сигналов, хорошо распространяющихся в водной среде [1], устройство телефонной связи для аквалангистов [2], в котором для передачи речевой информации используется амплитудно-импульсная модуляция и акустическим преобразователем излучаются пачки импульсов. Эти устройства не предназначены для управления объектами в водной среде или для подрыва зарядов взрывчатых веществ (ВВ), инженерных боеприпасов (ИБП). В этом случае повышаются требования к дальности управления - безопасным расстоянием для водолаза считается 1000 метров при взрыве в воде 50 кг ВВ, следовательно, при взрыве большей мощности дальность управления должна составлять несколько километров. Кроме того, при решении задач подрыва ВВ аквалангистом, с использованием гидроакустической линии управления, имеются ограничения по мощности акустического передающего устройства, а важность решаемых задач требует обеспечения высокой надежности управления и помехоустойчивости гидроакустического устройства.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является, выбранное в качестве прототипа гидроакустическое устройство управления объектами в водной среде [3].
Устройство содержит: формирователь низкочастотного кодированного сигнала (ФНКС) 1, усилитель мощности (УМ) 2, преобразователь электрических колебаний в акустические - (гидроакустическая передающая антенна ГАПДА) 3, преобразователь акустических сигналов в электрические колебания (гидроакустическая приемная антенна ГАПРА) 4, усилитель электрических колебаний (УС) 5 и формирователь сигнала для исполнительной цепи (ФСИЦ) 6.
Наиболее существенным недостатком гидроакустического устройства управления объектами в водной среде является его низкая помехоустойчивость, в результате использования одного канала, работающего с частотно-модулированными сигналами в условиях помех, а также многолучевого распространения волн.
Техническим результатом полезной модели является повышение помехоустойчивости гидроакустического канала управления в условиях помех и многолучевого распространения волн.
Данный технический результат достигается тем, что в предлагаемом устройстве использованы сигналы с относительной фазовой манипуляцией, обеспечивающие более высокую помехоустойчивость, по сравнению с частотной манипуляцией, а также два независимых частотных канала, обеспечивающих более высокую вероятность правильного приема (соответственно, помехоустойчивость устройства) в условиях многолучевого распространения волн.
На фиг. 1 представлена схема двухканального гидроакустического устройства управления объектами с повышенной помехоустойчивостью, содержащая формирователь кодированного сигнала с относительной фазовой манипуляцией (ФКС ФМ) 1, усилитель мощности (УМ) 2, преобразователь электрических колебаний в акустические (гидроакустическая передающая антенна ГАПДА) 3, преобразователь акустических сигналов в электрические колебания (гидроакустическая приемная антенна ГАПРА) 4, усилитель электрических колебаний (УС) 5 и двухканальный блок обработки сигнала (ДБОС) 6. Двухканальное гидроакустическое устройство управления объектами с повышенной помехоустойчивостью работает следующим образом.
Схема блока формирователя кодированного сигнала с относительной фазовой манипуляцией 1 (фиг. 1) представлена на фиг. 2. В этом блоке осуществляется формирование посылок колебаний звуковой частоты, отличающихся по фазе на 180°, в соответствии с кодом команды управления. Колебания генератора звуковой частоты Г1 поступают на делитель частоты ДЧ и на вход первого ключа КЛ1. В исходном состоянии сигналом с инвертора ИН3 ключ КЛ1 открыт, а сигналом с входа инвертора ИН3 ключ КЛ2 закрыт, то есть будет формироваться первая команда управления на частоте генератора П. Колебания от генератора Г1 через открытый ключ КЛ1 и схему ИЛИ1 будут поступать на вход ключа КЛ3 и вход инвертора ИН1.
На выходе делителя частоты ДЧ частота следования импульсов, поступающих на кодирующее устройство КУ, соответствует частоте формирования посылок команды управления. При появлении на выходе кодирующего устройства КУ «1» сигнала открывается ключ КЛ3 и инверсным сигналом с ИН2 закрывается ключ КЛ4. На выход ключа КЛ3 поступает посылка команды управления без изменения фазы.
При появлении на выходе кодирующего устройства КУ «0» сигнала закрывается ключ КЛ3 и инверсным сигналом с ИН2 открывается ключ КЛ4. На выход ключа КЛ4 поступает посылка команды управления с фазой, отличающейся на 180°. Сформированная команда управления через схему ИЛИ2 поступает на усилитель мощности УМ (блок 2 фиг. 1). После окончания формирования первой команды управления в кодирующем устройстве КУ, сигналом с инвертора ИН3 открывается ключ КЛ2 и закрывается ключ КЛ1. В результате дальнейшей работы кодирующего устройства КУ вторая команда управления будет формироваться на частоте генератора Г2.
После усиления сигнала в усилителе мощности УМ подается на гидроакустическую передающую антенну 3, которая передает колебания в водную среду. На приемной стороне акустические колебания воспринимаются гидроакустической приемной антенной 4 и преобразуются в электрические колебания. С выхода гидроакустической приемной антенны сигнал поступает на усилитель электрических колебаний 5.
После усиления сигнала он поступает на двухканальный блок обработки сигнала 6 (фиг. 3). Каждый канал обработки сигнала представляет собой известную схему автокорреляционного приема сигналов ОФТ (относительной фазовой телеграфии) [4], декодирующее устройство ДКУ и пороговое устройство ПУ. Каналы обработки сигнала работают параллельно, но первая команда управления, передаваемая на частоте первого канала, проходит через полосовой фильтр Ф1, настроенный на эту частоту. Вторая команда управления пройдет через полосовой фильтр Ф2 второго канала и будет подавлена фильтром Ф1 в первом канале. При превышении уровня порога в пороговом устройстве ПУ, после декодирования команды управления в ДКУ, выдается сигнал через схему ИЛИ, объединяющую оба канала, в исполнительную цепь (ИЦ). Передача команды управления по двум каналам обеспечивает повышение вероятности правильного приема (соответственно, помехоустойчивости), в соответствии с выражением
у1к
у2к
где Р, Р - вероятности правильного приема команд управления первым и вторым каналами в условиях помех.
Таким образом, двухканальное гидроакустическое устройство управления объектами с повышенной помехоустойчивостью позволяет повысить помехоустойчивость, применением сигналов с относительной фазовой манипуляцией примерно на 3 дБ, по сравнению с работой частотно-манипулированными сигналами. В условиях многолучевости повышение помехоустойчивости достигается использованием двух каналов управления с различными амплитудами и фазами отраженных сигналов, что приводит к повышению вероятности правильного приема (помехоустойчивости устройства).