СИСТЕМА ПАССИВНОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИСТАНЦИИ ГИДРОАКУСТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА 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 [1-6], включающая системы шумопеленгования с подсистемами шумопеленгования в среднечастотном и в низкочастотном диапазонах, системы гидролокации, обнаружения гидроакустических сигналов, звукоподводной связи, классификации и др. [6]. Функционирование ГАК ПЛ обеспечивают центральная вычислительная система (ЦВС), система отображения, регистрации, документирования и управления, включающая пультовые приборы, системы технической диагностики и электропитания.
Одной из главных задач подводного наблюдения является решение координатной задачи, включающей определение дистанции до цели, а также ее угловые координаты - курсовой угол на цель (горизонтальная координата) и угол места (вертикальная координата). Поскольку для ПЛ важным тактическим фактором является обеспечение скрытности, решение координатной задачи должно осуществляться в пассивном режиме. В ГАК ПЛ [1-6] угловые координаты шумящей цели определяются с помощью пассивных систем шумопеленгования и обнаружения гидроакустических сигналов, но дистанцию до цели можно определить только в активном режиме.
Наиболее близкой по функциональным и техническим характеристикам к предлагаемой полезной модели является дополнительная система пассивного определения дистанции (ПОД), входящая в состав «Гидроакустического комплекса подводных лодок» по Патенту на полезную модель [7], В ГАК ПЛ [7] в систему ПОД-прототип входят две протяженные бортовые антенны (ПБА), представляющие собой идентичные линейные антенные решетки, размещенные по обоим бортам ПЛ и соединенные с входами аппаратуры предварительной обработки. Определение дистанции до цели в пассивном режиме, т.е. функции системы ПОД, осуществляются при выпущенной гибкой протяженной буксируемой антенне (ГПБА) при совместной обработке в центральной вычислительной системе (ЦВС) сигналов, принятых ПБА и ГПБА.
Устройство-прототип может осуществлять наблюдение за подводной обстановкой, включающей обнаружение цели, решение координатных задач, классификацию цели.
В то же время система ПОД-прототип имеет ряд недостатков:
- пассивное определение дистанции, реализуемое с помощью совместной обработки сигналов с ГПБА и ПБА, не обладает высокой точностью, т.к. невозможно учесть независимое и случайное рыскание ГПБА и ПЛ (на бортах которой размещены ПБА): рыскание приводит к амплитудно-фазовым флуктуациям сигналов и ошибкам при совместной обработке сигналов от различных антенн со случайным расположением фазового центра;
- система может функционировать только в низкочастотном (НЧ) диапазоне ГПБА [6];
- система может функционировать только с выпущенной ГПБА, но процедура выпуска ГПБА требует достаточно большого времени и является технологически сложной операцией [6], поэтому ГПБА выпускается не часто.
Основной задачей предлагаемой полезной модели является расширение функциональных возможностей ГАК.
Техническими результатами использования полезной модели являются:
- повышение точности определения дистанции при работе в пассивном режиме;
- расширение частотного диапазона работы системы ПОД;
- возможность пассивного определения дистанции только с помощью бортовых антенн, без выпущенной ГПБА, что упрощает процесс определения дистанции и повышает его технологичность.
Для обеспечения указанных технических результатов в систему пассивного определения дистанции гидроакустического комплекса подводной лодки (ПЛ), содержащую первую и вторую приемные антенны, расположенные по противоположным бортам ПЛ, и аппаратуру предварительной обработки (АПО), через общую шину соединенную с ЦВС, введены новые признаки, а именно: первая и вторая приемные антенны каждая состоит из трех модулей в виде идентичных фазированных антенных решеток, расположенных по своему борту в линию на одинаковом расстоянии между их фазовыми центрами, при этом каждый элемент каждой фазированной антенной решетки состоит из конструктивно выполненных в едином корпусе последовательно соединенных акустического приемника и блока АПО, причем каждый блок АПО соединен общей шиной с ЦВС.
Размещение приемных антенн системы на борту ПЛ обеспечивает отсутствие флуктуаций, вызванных взаимной динамикой расположения фазовых центров бортовых антенн и ГПБА, как это имеет место в системе-прототипе [7]. Поскольку все антенны расположены на корпусе ПЛ, система ПОД, как и все бортовые системы ГАК ПЛ, может быть включена постоянно. Диаметр оболочки ГПБА ограничивает размер цилиндрических преобразователей, составляющих активные элементы ГПБА, поэтому верхняя граница частотного диапазона ГПБА ограничена частотой ~1,5 кГц [6]. В случае бортовых антенн граница частотного диапазона может быть повышена, что расширяет диапазон принимаемых сигналов от цели.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется представленной на фиг. 1 обобщенной функциональной схемой, а также фиг. 2, где показана функциональная схема элемента антенного модуля бортовой антенны системы ПОД.
1,2,3
1,2,3
Система пассивного определения дистанции состоит из двух идентичных антенн 4 и 5 (А1, А2), располагающихся по обоим бортам ПЛ. Каждая из антенн А1, А2 состоит из трех антенных модулей (А1, А2). Антенные модули представляют собой многоэлементные фазированные антенные решетки, элемент антенного модуля 6 (фиг. 2) состоит из последовательно соединенных гидроакустического преобразователя 7 (ГАП) и блока аппаратуры предварительной обработки 8 (Блок АПО). Блок АПО каждого элемента соединен с общей шиной 3 гидроакустического комплекса. Элемент антенного модуля 6 выполнен в виде единого конструктива, состоящего из ГАП и блока АПО.
Блоки АПО антенных модулей через шину 3 соединены с ЦВС 1. В ЦВС 1 передаются сигналы управлениях пультовых приборов 2, а сигналы различного типа с ЦВС через общие шины 3 передаются (или принимаются) на все системы ГАК. Обработанная в системах комплекса информация через шины 3 и ЦВС 1 передается на пультовые приборы или во внешние системы.
Конструктивные и иные характеристики отдельных узлов и элементов, составляющих ГАК, известны из литературы. Описание структуры ГАК и отдельных подсистем и систем представлено в [6, 9].
Антенны 4, 5 являются приемными и предназначены для преобразования акустических сигналов в электрические. Непосредственное преобразование энергии выполняется в гидроакустических преобразователях 7. Сведения о конструкциях и типах антенн и преобразователей представлены в [8, 9].
Блоки предварительной обработки 8 выполняются на аналого-цифровых средствах. Основные функции АПО - усиление и фильтрация. Информация с выхода каждого блока АПО 8 в цифровом формате передается через общекомплексную шину 3 в ЦВС 1 [6, 10].
Работой ГАК управляют операторы с пультовых приборов. По умолчанию основным режимом работы ГАК ПЛ является приемный, поэтому система пассивного определения дистанции оперативно включена.
Введение в ГАК новых существенных признаков обеспечивает заявленный технический эффект, связанный с расширением возможностей ГАК и повышением эффективности его функционирования. В частности:
- все антенны, обеспечивающие работу системы ПОД, расположены на носителе, что обеспечивает постоянство расстояний между фазовыми центрами модулей антенны каждого борта, исключение случайных погрешностей, вызванных флуктуациями этих расстояний при совместной обработке сигналов с ПБА и ГПБА в прототипе [7], и, как следствие, повышение точности пассивного определения дистанции;
- поскольку аппаратура предварительной обработки системы встроена в антенные модули, сокращаются коммуникации и повышается помехоустойчивость к радиопомехам;
- система ПОД находится в постоянной готовности к работе.
Заявляемая полезная модель расширяет технические возможности наблюдения подводной обстановки и может быть использована в качестве системы пассивного определения дистанции для ПЛ различных типов.
Источники информации
1. Патент РФ №2281528. Гидроакустический комплекс подводной лодки. МПК G01S 15/87. Заявл. 13.10.2004, опубл. 10.08.2006, бюл. № 22.
2. Свидетельство на полезную модель №20388. Гидроакустический комплекс подводной лодки. МПК G01S 3/80, G01S 15/00. Заявл. 11.03.2001, опубл. 27.10.2001, бюл. №30.
3. Свидетельство на полезную модель №24736. Гидроакустический комплекс подводной лодки. МПК G01S 15/00. Заявл. 21.02.2002, опубл. 20.08.2002, бюл. №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, опубл. 10.12.2005, бюл. №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, опубл. 27.11.2012, бюл. №33 (ПРОТОТИП).
8. Смарышев М.Д., Добровольский Ю.Ю. Гидроакустические антенны. Л., Судостроение, 1984.
9. Справочник по гидроакустике. Л., Судостроение, 1988.
10. Патент РФ №2539819. Антенный модуль с цифровым выходом. МПК H04R 1/44. Заявл. 24.10.2013, опубл. 27.01.2015, бюл. №3.