АКТИВНЫЙ ГИДРОЛОКАТОР

Полезная модель относится к гидроакустической технике, конкретнее к области активной гидролокации, в том числе к активным гидролокаторам, предназначенным для обнаружения целей, измерения координат и параметров движения обнаруженных целей.
Известны активные гидролокаторы, содержащие акустические излучающую и приемную антенны, генераторное устройство, блок синхронизации, блок обработки сигнала, блок обнаружения эхосигналов от цели, блок измерения времен задержки эхосигналов от цели относительно момента излучения зондирующего сигнала, блок вертикального распределения скорости звука (Справочник по гидроакустике. А.П.Евтютов, А.Е.Колесников и др. - Л.: Судостроение, 1982, с.8-10, с.39-41). В этих активных гидролокаторах не производится измерение координаты цели по глубине.
Известен активный гидролокатор, в котором используется блок измерения глубины обнаруженной цели. (Antman H.S. Computer plotting of sound ray paths.-"Undersea Technology", 1971, vol. 12, N 7, p.21-23). В рассматриваемом в этой статье активном гидролокаторе измерение глубины цели производится с использованием измерений времени задержки эхосигнала от цели относительно момента излучения зондирующего сигнала и угла прихода эхосигнала в вертикальной плоскости. Известен активный гидролокатор (патент US 5,623,524, 22.04.1997), в котором имеются блок измерения разности времен прихода эхосигналов от поверхности моря и от обнаруженной цели и блок измерения глубины цели. При этом для определения глубины используется измеренная разность времен прихода эхосигналов, угол прихода эхосигналов в вертикальной плоскости, определяемый как известный, постоянный угол поворота узкой характеристики направленности в вертикальной плоскости, и фиксированная скорость звука в воде. В указанной статье (Antman H.S.) и в патенте (US 5,623,524) определение глубины цели производится без учета рефракции акустических лучей. Это приводит к существенным ошибкам в измерении глубины цели (А.П.Сташкевич Акустика моря. - Л.: Судостроение, 1966, с.266).
Наиболее близким аналогом, в частности, по количеству используемых блоков, является активный гидролокатор (Физические основы подводной акустики, под редакцией В.И.Мясищева, М. Сов.радио, 1955 г.с.86, А.П.Сташкевич Акустика моря. - Л.: Судостроение, 1966, с.263-266), содержащий излучающую и приемную акустические антенны, генераторное устройство, устройство синхронизации, блок измерения времени задержки эхосигнала от цели относительно момента излучения зондирующего сигнала, блок измерения угла прихода эхосигнала в вертикальной плоскости, блок вертикального распределения скорости звука и блок измерения глубины цели.
Недостатком устройства-прототипа является невозможность измерения глубины цели при ненаправленном или слабонаправленном в вертикальной плоскости приеме эхосигналов. В активных гидролокаторах часто используются буксируемые линейные приемные антенны, не имеющие направленности в вертикальной плоскости. В ряде других случаев из-за ограничений при размещении антенн на кораблях-носителях активных гидролокаторов размер приемной антенны по вертикали невелик, то есть имеет место слабая направленность приема сигналов в вертикальной плоскости. В этих случаях измерение угла прихода эхосигнала в вертикальной плоскости практически невозможно, и следовательно, не представляется возможным измерение глубины цели с использованием устройства-прототипа.
Техническим результатом полезной модели является обеспечение возможности измерения глубины цели при ненаправленном или слабонаправленном в вертикальной плоскости приеме эхосигналов.
Для достижения указанного технического результата в активный гидролокатор, содержащий излучающую и приемную акустические антенны, генераторное устройство, блок синхронизации, блок обработки сигналов, блок обнаружения эхосигналов от цели, блок измерения т, времен задержки эхосигналов от цели относительно момента времени излучения зондирующего сигнала, блок вертикального распределения скорости звука и блок измерения глубины цели, причем выход генераторного устройства соединен с излучающей акустической антенной, вход блока обработки сигналов соединен с приемной
1
1
i
i
m
m
i
m
m
m
акустической антенной, вход блока обнаружения эхосигналов от цели соединен с выходом блока обработки сигналов от цели, вход блока измерения τ, соединен с выходом блока обнаружения эхосигналов от цели, соответствующие выходы блока синхронизации соединены со входом генераторного устройства и вторым входом блока измерения τ введены новые признаки, а именно: в него введены блок определения возможных глубин цели , соответствующих измеренным временам задержки эхосигналов от цели и возможным величинам углов прихода эхосигналов в вертикальной плоскости k, блок определения возможных дистанций до цели , соответствующих возможным глубинам цели  и возможным величинам углов прихода эхосигналов в вертикальной плоскости k, блок определения т вероятных местоположений цели (Н, D), при этом первый вход блока определения возможных глубин цели соединен с выходом блока измерения τ второй вход блока определения возможных глубин цели соединен с выходом блока вертикального распределения скорости звука, первый вход блока определения возможных дистанций до цели соединен с выходом блока определения возможных глубин цели, второй вход блока определения возможных дистанций до цели соединен с выходом блока вертикального распределения скорости звука, первый вход блока определения вероятных местоположений цели (Н, D), соединен с выходом блока определения возможных глубин цели, второй вход блока определения вероятных местоположений цели соединен с выходом блока определения возможных дистанций до цели, выход блока определения вероятных местоположений цели соединен со входом блока измерения глубины цели, определяемой из набора глубин Н.
Сущность полезной модели поясняется фиг.1, фиг.2, где на фиг.1 приведена блок-схема предложенного активного гидролокатора, а фиг.2 иллюстрирует методику определения глубины цели с помощью предложенного устройства.
1
Активный гидролокатор (фиг.1), содержит излучающую 1 и приемную 2 акустические антенны, генераторное устройство 3, блок 4 синхронизации, блок 5 обработки сигналов, блок 6 обнаружения эхосигналов от цели, блок 7 измерения τ,
i
времен задержки эхосигналов от цели относительно момента излучения зондирующего сигнала, блок 8 вертикального распределения скорости звука и блок измерения глубины цели 12, причем выход генераторного устройства 3 соединен с излучающей акустической антенной 1, вход блока 5 соединен с приемной акустической антенной 2, вход блока 6 соединен с выходом блока 5, вход блока 7 соединен с выходом блока 6, соответствующие выходы блока 4 соединены со входом генераторного устройства 3 и вторым входом блока 7. Также гидролокатор содержит блок 9 определения возможных глубин цели , соответствующих измеренным временам задержки эхосигналов от цели и возможным величинам углов прихода эхосигналов в вертикальной плоскости, блок 10 определения возможных дистанций до цели , соответствующих возможным глубинам цели  и возможным величинам углов прихода эхосигналов в вертикальной плоскости k, блок 11 определения вероятных местоположений, определяющий вероятные координаты цели по глубине и дистанции, при этом первый вход блока 9 соединен с выходом блока 7, второй вход блока 9 соединен с выходом блока 8, первый вход блока 10 соединен с выходом блока 9, второй вход блока 10 соединен с выходом блока 8, первый вход блока 11 соединен с выходом блока 10, второй вход блока 11 соединен в выходом блока 9, выход блока 11 соединен со входом блока 12.
Работа устройства осуществляется следующим образом. Гидролокатор производит излучение зондирующего сигнала с помощью генераторного устройства 3 и излучающей акустической антенны 1. Принятые сигналы с выхода приемной акустической антенны 2 поступают на блок 5 обработки сигналов. С выхода блока 5 сигнал поступает на блок 6 обнаружения эхосигналов от цели. В блоке 7 производится измерение времен задержки эхосигналов от цели, пришедших по различным траекториям распространения сигнала в морской среде, относительно момента излучения зондирующего сигнала. Эхосигналы от данной обнаруженной цели с различными временами задержки возникают вследствие многолучевого распространения сигналов в море в условиях неоднородной среды - отражения от дна и поверхности моря, рефракции лучей. Блок синхронизации управляет во времени работой генераторного устройства 3 и блоком 7, что
i
i
i
i
i
m
m
позволяет измерить время задержки эхосигналов от цели относительно момента излучения зондирующего сигнала. В блоке 8 содержится база данных по вертикальным распределениям скорости звука для различных районов Мирового океана и различных времен года или этот блок может представлять собой измеритель распределения скорости звука по глубине. В блоке 9 определяются величины возможных глубин цели , соответствующие конкретному вертикальному распределению скорости звука и различным измеренным временам задержки эхосигналов от цели для возможных величин углов прихода эхосигналов в вертикальной плоскости, причем k=1...n, для времени задержки эхосигнала от цели - τ, n - количество возможных величин углов прихода эхосигналов в вертикальной плоскости для времени задержки эхосигнала от цели τ и. Величины возможных углов прихода эхосигнала в вертикальной плоскости задаются в диапазоне углов, соответствующем конкретным гидрологоакустическим условиям работы активного гидролокатора, например, в диапазоне ±15°, с дискретностью по углу, определяемой требуемой точностью измерения глубины цели. В блоке 10 определяются величины возможных дистанций до цели  с использованием полученных в блоке 9 возможных глубин цели  и соответствующих возможных величин углов прихода эхосигналов в вертикальной плоскости и вертикального распределения скорости звука. В блоке 11 определяются вероятные местоположения цели (Н, D), которые являются точками пересечения линий положения, соответствующих измеренным временам задержки эхосигналов от цели. Линия положения для определенного измеренного времени задержки эхосигнала от цели представляет собой линию в плоскости (Н, D) с координатами , определенными в блоке 9, и , определенными в блоке 10 с использованием величин . Несколько точек пересечения линий положения может возникнуть, когда число эхосигналов от цели, для которых измерены их времена задержки, больше двух.
m
ц
В блоке 12 производится определение глубины цели из значений вероятных глубин Н, полученных с выхода блока 11. Глубина цели Н в блоке 12 может,
например, определяться как среднее арифметическое вероятных величин глубин с выхода блока 11.
1
2
3
1
2
3
4
На фиг.2 представлен пример линий положения для трех измеренных времен задержки эхо-сигналов, кривая а - линия положения для времени задержки эхосигнала τ; кривая b - линия положения для времени задержки эхосигнала τ; кривая с - линия положения для времени задержки эхосигнала τ; ⊕ - точки пересечения линий положения, то есть вероятные местоположения цели по глубине: H, Н, Н, Н;
1
2
3
4
1
2
3
4
Можно видеть, что в данном примере имеются четыре точки пересечения линий положения (обозначенные символом ⊕), то есть вероятные местоположения цели по глубине: H, Н, Н, Н. Глубина цели определяется, например, как среднее арифметическое из вероятных местоположений цели по глубине H, H, Н, Н и в данном примере измеренная глубина цели равна 101,45 м.
Практическое исполнение блоков, входящих в полезную модель, известно из практики гидроакустики.
Блок определения возможных глубин цели 9 может быть реализован на основе используемого конкретного времени задержки эхосигнала от цели, угла прихода эхосигнала в вертикальной плоскости и вертикального распределения скорости звука, см. Физические основы подводной акустики, под редакцией В.И.Мясищева, М. Сов.радио, 1955 г.с.86, А.П.Сташкевич Акустика моря. - Л.:
Судостроение, 1966, с.263-266. Блок определения возможных дистанций до цели 10 может быть реализован на основе угла прихода эхосигнала в вертикальной плоскости, вертикального распределения скорости звука и возможной глубины цели, определенной в блоке 9, см. А.П.Сташкевич Акустика моря. - Л.:
Судостроение, 1966, с.217-220. Блок определения вероятных местоположений цели 11 может быть реализован на основе вычисления координат точек пересечения линий положения, см, например, книгу Цифровые радионавигационные устройства / В.В.Барашенков, А.Е.Лутченко, Е.М.Скороходов и др.; Под ред. В.Б.Смолова. - М.: Сов.радио, 1980, с.16, 59-66. Блок 12 выполняется с использованием схем сравнения и сумматоров, см. например, книгу Проектирование импульсных и цифровых устройств радиотехнических
систем. /Гришин Ю.П., Казаринов Ю.М., Катиков В.М. и др.; Под ред. Ю. М. Казаринова. - М.: Высш. шк., 1985. - с.15, 19.
Таким образом, поставленная задача успешно решается.