АКТИВНЫЙ ГИДРОЛОКАТОР

Предлагаемая полезная модель относится к области гидролокации, в том числе к активным гидролокаторам, предназначенным для обнаружения объектов, измерения их координат и параметров движения.
Известен «Способ и система обнаружения объектов при гидролокации» [RU 2358289 С1 опубл. 10.06.2009 г.]. В зоне наблюдений в воде устанавливают излучатель и пространственно-разнесенные друг от друга приемники отраженных от объекта зондирующих сигналов, вынесенные от излучателя на необходимые расстояния для обнаружения в зоне акустической тени или на расстоянии, превышающих максимально достижимые для приема на приемник, совмещенный с излучателем. Вынесенные приемники устанавливаются на дно или устанавливаются рядом со дном, для каждого из них при установке определяются координаты их местоположения. В блоке приемника, совмещенного с излучателем, и в приемных блоках вынесенных приемников осуществляется прием отраженных от объекта зондирующих сигналов с передачей данных в электронный комплекс обработки данных. Далее решается задача определения местоположения обнаруженного объекта путем сопоставления разностей времен прихода на вынесенные приемники отраженных от объекта зондирующих сигналов.
Однако данный гидролокатор имеет ряд существенных недостатков, к которым в первую следует отнести следующие. Во-первых, определение только двух параметров местоположения цели, а именно дальности и угла направления на цель (азимут). Во-вторых, существенные трудности определения местоположения одновременно двух и более целей. Помимо этого следует отметить еще также и наличие кабельной сети, требующей постоянного ухода, а также применение вынесенных приемников с круговой диаграммой направленности, что существенно ухудшает отношение сигнал/шум, помехоустойчивость и усложняет акустическое изображение, получаемое с выхода каждого отдельного вынесенного приемника. Также следует отметить тот факт, что излучающая антенна имеет фиксированную узкую ДН в вертикальной плоскости, что ограничивает возможности использования данного гидролокатора при обнаружении объектов в акваториях с большей глубиной.
Наиболее близким по технической сущности является «Активный гидролокатор» [RU 75061 U1 опубл. 20.07.2008 г.], содержащий излучающую и приемную акустические антенны, генераторное устройство, блок синхронизации, блок обработки сигналов, блок обнаружения эхосигналов от цели, блок измерения времени задержки эхосигналов от цели относительно момента времени излучения зондирующего сигнала, блок вертикального распределения скорости звука и бок измерения глубины цели, блок определения возможных глубин цели, соответствующих измеренным временам задержки эхосигналов от цели и возможным величинам углов прихода эхосигналов в вертикальной плоскости, блок определения возможных дистанций до цели соответствующих возможным глубинам цели и возможным величинам углов прихода эхосигналов в вертикальной плоскости и блок определения вероятных местоположений цели.
К недостаткам данного гидролокатора следует отнести невозможность обнаружения двух и более целей, и определение только двух параметров местоположения цели - дальности и глубины, а также, ввиду использования ненаправленной или слабонаправленной ДН антенны в вертикальной плоскости, недостаточной помехозащищенности.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является достижение возможности обнаружения более одной цели с указанием трех координат каждой из них, а также повышение помехозащищенности гидролокатора.
Сущность предлагаемой полезной модели состоит в том, что активный гидролокатор содержит, генераторное устройство, первый выход которого подключен к первому входу излучающей акустической антенны, блок синхронизации, второй выход которого соединен шиной со входом генераторного устройства, приемную акустическую антенну, первый выход которой соединен с первым входом первого блока обработки сигналов, блок обнаружения эхо-сигналов от целей и блок измерения дальности Для достижения заявленного технического результата дополнительно введены датчик курса, крена, дифферента и вертикального перемещения, приемник GPS/ГЛОНАСС, датчик скорости звука, устройство формирования диаграммы направленности приемной акустической антенны, блок измерения углов прихода эхо-сигналов, блок формирования изображения, устройство отображения информации, М-1 блок обработки сигналов. Причем излучающая акустическая антенна выполнена из N элементов, а приемная акустическая антенна выполнена из М элементов. Каждый N-1 выход генераторного устройства подключен к соответствующим N-1 входам излучающей акустической антенны. Каждый М-1 выход приемной акустической антенны подключен к первым входам соответствующих М-1 блоков обработки сигналов. Второй выход блока синхронизации соединен шиной с третьим входом блока измерения дальности, с первым входом блока измерения углов прихода эхо-сигналов, вторым входом блока формирования изображения и М+1-ым входом устройства формирования диаграммы направленности приемной акустической антенны. Первый выход блока синхронизации подключен шиной ко второму входу каждого М-ого блока обработки сигналов. Каждый М-ый вход устройства формирования диаграммы направленности приемной акустической антенны соединен с выходом каждого М-ого блока обработки сигналов, выход устройства формирования диаграммы направленности приемной акустической антенны соединен шиной со входом блока обнаружения эхо-сигналов от целей. Второй выход блока обнаружения эхо-сигналов от целей соединен шиной со вторым входом блока измерения углов прихода эхо-сигналов. Выход датчика скорости звука подключен шиной ко второму входу блока измерения дальности цели и М+2-ому входу устройства формирования диаграммы направленности приемной акустической антенны. Первый выход. блока обнаружения эхо-сигналов от целей соединен шиной с первым входом блока измерения дальности. Выход блока измерения дальности соединен шиной с первым входом блока формирования изображения. Выход блока измерения углов прихода эхо-сигналов соединен шиной с третьим входом блока формирования изображения. Выход блока формирования изображения соединен шиной с входом устройства отображения информации. Датчик курса, крена, дифферента и вертикального перемещения шиной подключен к четвертому входу блока измерения углов прихода эхосигналов. Приемник GPS/ГЛОНАСС подключен шиной к третьему входу блока измерения углов прихода эхо-сигналов,
На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого активного гидролокатора.
На фиг.2 представлен пример выполнения генераторного устройства.
На фиг.3 представлен пример выполнения блока обработки сигналов.
Активный гидролокатор (фиг.1) состоит из излучающей N элементной акустической антенны 1, М элементной приемной антенны (ФАР) 2, генераторного устройства 3, первого блока обработки сигналов 4, второго блока обработки сигналов 5, М-ого блока обработки сигналов 6, блока синхронизации 7, устройства формирования диаграммы направленности приемной акустической антенны 8, датчик скорости звука 9, блок обнаружения эхо-сигналов от целей 10, приемника GPS/ГЛОНАСС 11, блок измерения дальности 12, блок измерения углов прихода эхо-сигналов 13, датчика курса, крена, дифферента и вертикального перемещения 14, блока формирования изображений 15, устройство отображения информации 16.
Каждый N выход генераторного устройства 3 подключен к соответствующим N входам излучающей акустической антенны 1. Второй выход блока синхронизации 7 соединен шиной со входом генераторного устройства 3, с М+1-ым входом устройства формирования диаграммы направленности приемной акустической антенны 8, с третьим входом блока измерения дальности цели 12, с первым входом блока измерения углов прихода эхо-сигналов 13 и вторым входом блока формирования изображения 15. Первый выход блока синхронизации 7 подключен шиной ко второму входу каждого из М блоков обработки сигналов 4, 5, 6. Каждый М выход приемной акустической антенны 2 подключены к первым входам соответствующих М блоков обработки сигналов 4, 5, 6. Каждый М вход устройства формирования диаграммы направленности приемной акустической антенны 8 соединены с выходом М блоков обработки сигналов 4, 5, 6. Выход устройства формирования диаграммы направленности приемной акустической антенны 8 соединен шиной со входом блока обнаружения эхо-сигналов от целей 10. Второй выход блока обнаружения эхо-сигналов от целей 10 соединен шиной со вторым входом блока измерения углов прихода эхо-сигналов 13. Выход датчика скорости звука 9 подключен шиной ко второму входу блока измерения дальности 12 и М+2-ому входу устройства формирования диаграммы направленности приемной акустической антенны 8. Первый выход блока обнаружения эхо-сигналов от целей 10 соединен шиной с первым входом блока измерения дальности 12. Выход блока измерения дальности 12 соединен шиной с первым входом блока формирования изображения 15. Выход блока измерения углов прихода эхо-сигналов 13 соединен шиной с третьим входом блока формирования изображения 15. Выход блока формирования изображения 15 соединен шиной с входом устройства отображения информации 16. Датчик курса, крена, дифферента и вертикального перемещения 14 шиной подключен к четвертым входом блока измерения углов прихода эхосигналов 13, приемник GPS/ГЛОНАСС 11 шиной подключен к третьему входом блока измерения углов прихода эхосигналов 13.
Генераторное устройство 3 состоит из генератора зондирующих сигналов 17, N выходов которого соединены с входами соответствующих N усилителей мощности 18.
Первый блок обработки сигналов 6 состоит из приемного тракта эхо-сигнала 20, выходы которых подключены ко входу аналогово-цифрового преобразователя 21, выход которого в свою очередь подключены ко входу устройства согласованной фильтрации 22.
Активный гидролокатор работает следующим образом:
В блоке синхронизации 7 перед излучением зондирующего сигнала формируется импульсная последовательность в соответствии с заданным типом зондирующего сигнала, его параметрами (длительность сигнала, ширина спектра), выбранным диапазоном по дальности и параметрами диаграммы направленности излучающей антенны, которая с выхода 2 блока синхронизации 7 поступает на вход генераторного устройства 3. В генераторном устройстве 3 происходит дешифрация поступившей на его вход последовательности, в соответствии с которой производится выбор заданного типа зондирующего сигнала, его параметров и величины фазовых сдвигов на выходах генераторного устройства 3, необходимых для формирования диаграммы направленности (ДН) излучающей акустической антенны 1, соответствующей заданному сектору обзора.
После установки заданных параметров зондирующего сигнала и ДН излучающей антенны с выхода 2 блока синхронизации 7 формируется импульс запуска зондирующего сигнала, который также поступает на вход 3 блока измерения дальности 12, на вход М+1 устройства формирования диаграммы направленности приемной акустической антенны 8, на вход 2 блока формирования изображения 10 и на вход блока измерения углов прихода эхо-сигналов 13. В блоке измерения углов прихода эхо-сигналов 13 импульс запуска зондирующего сигнала используется для синхронизации считывания данных с выхода датчика курса, крена, дифферента и вертикального перемещения 14, приемника GPS/ГЛОНАСС 11, которые записываются во внутреннюю память блока измерения углов прихода эхо-сигналов 13 для последующего использования в блоке формирования изображений 10.
С выхода 1 блока синхронизации 7 по импульсу запуска зондирующего импульса формируется импульсная последовательность, которая управляет работой блоков обработки сигналов 4, 5, 6.
При этом формирование импульсной последовательности с выхода 1 блока синхронизации 7 во время излучения зондирующего импульса за счет использование раздельных приемной и излучающей антенн позволяют исключить «слепую» зону, что в свою очередь дает возможность использовать длинные, вплоть до квазинепрерывных, зондирующих сигналов.
В свою очередь использование сложных зондирующих сигналов большой длительности позволяет существенно увеличить энергетический потенциал гидролокатора, а большая база сигнала позволяет улучшить как точность измерения времени распространения эхосигнала, так и улучшить его помехозащищенность.
Отраженные от объектов в толще воды эхосигналы принимаются М элементной приемной акустической антенной 2, с выхода каждого элемента которой эхосигналы поступают на вход 1 М блоков обработки эхосигналов 4, 5, 6. В блоке обработки сигналов 4 в каждом приемном тракте 20 производится их усиление, фильтрация и преобразование в цифровой вид с помощью АЦП 21. Далее производится сжатие эхо-сигнала в устройстве согласованной фильтрации 22.
Затем эхосигналы поступают на входы с 1 по М устройства формирования диаграммы направленности приемной акустической антенны 8, где производится, с учетом взаимного пространственного расположения М элементов приемной акустической антенны 2 и показаний датчика скорости звука 9, формирование веера лучей определенным образом ориентированных в пространстве (в вертикальной и горизонтальной плоскостях).
Использование узконаправленного веера лучей диаграммы направленности приемной акустической антенны в вертикальной и горизонтальной плоскостях также позволяет улучшить помехозащищенность гидролокатора.
Далее временная последовательность с выхода устройства формирования диаграммы направленности приемной акустической антенны 8 после выделения целей в блоке обнаружения эхо-сигналов от целей 10 поступают на блок измерения дальности 12, где производится измерение дальности до всех выделенных целей с учетом профиля скорости звука, поступающего на блок измерения дальности с выхода датчика скорости звука 9.
Для корректного расчета углов прихода эхосигналов используются данные о пространственном положении антенны в моменты приема эхосигналов, которые получают от датчика курса, крена, дифферента и вертикального перемещения 14.
Рассчитанные таким образом для каждой цели дальность, азимут и угол места вместе с данными с выхода приемника GPS/ГЛОНАСС 11 поступают на блок формирования изображения 15, где осуществляется вторичная обработка эхосигналов - распознавание целей, селекция движущихся целей, определение направления и скорости движения и т.п. После этого акустическое изображение, обнаруженные цели и их параметры, дополнительная информация отображаются на устройстве отображения информации 16.
Таким образом, решается поставленная задача.