СИСТЕМА БЕСПРОВОДНОЙ ПОДВОДНОЙ СВЯЗИ

Полезная модель системы беспроводной подводной связи относится к подводным средствам связи, использующим гидроакустические и электромагнитные волны.
В последние годы существенно увеличился объем подводно-технических, в том числе водолазных работ при прокладке и ремонте трубопроводов в морской и пресной воде. Поэтому необходимо иметь надежную подводную связь, которая обеспечивает оперативность в обмене информацией.
В настоящее время такая связь обеспечивается проводной связью с применением четырехпроводной линии. Устойчивая подводная связь обеспечивается полным разделением микрофонного и телефонного трактов [1].
Электрическая схема аппаратуры должна обеспечивать постоянное подключение микрофонной линии связи водолаза на режим передачи речи от водолаза. Благодаря этому обслуживающий персонал на судне может непрерывно контролировать самочувствие водолаза, а также обнаруживать возможные дефекты в работе его снаряжения по характеру шума от работающих узлов [1, с.112]. Однако наличие проводной связи ограничивает зону действия водолаза, сковывает его движения. Для беспроводной связи в воде может быть применена гидроакустическая связь.
Прогресс в развитии аппаратных средств гидроакустики позволил создать надежные и компактные системы телефонной гидроакустической связи водолазов. Вода является прекрасным проводником звуковых сигналов, что позволяет обеспечивать связь водолазов на довольно больших расстояниях. Основными компонентами системы телефонной гидроакустической связи водолазов является надводный блок руководителя спусков, выполняющий функции приемопередатчика и подводный блок (блоки), выполняющий функции приемопередатчика или только приемника, размещаемый на водолазе. Исходное сообщение оператора или водолаза, имеющее форму звукового сигнала акустического диапазона преобразуется в высокочастотный звуковой сигнал, имеющий особую форму, и излучается в воду.
В принимающем устройстве происходит обратная последовательность преобразования сигнала. Как надводный, так и подводный блоки имеют в своем составе электронный модуль, источник питания, приемопередатчик (или только приемник) и телефонно-микрофонную гарнитуру.
Характерной особенностью известной гидроакустической связи является то, что основным режимом связи является симплексный - один говорит, все остальные слушают.
При беспроводной системе подводной связи приемопередающие устройства водолазов во время работы постоянно включены на прием, а на время передачи, которая осуществляется по команде с надводного устройства, устройство переключают вручную с помощью ключа с возвратом [1, с.210].
Таким образом, при возникшей аварийной ситуации водолаз не может прервать передачу с надводного устройства.
В качестве аналога может быть принята система беспроводной подводной дуплексной связи, содержащая основной канал гидроакустической связи, включающий поверхностную телефонную станцию и подводную приемопередающую станцию, и дополнительный канал телефонной электромагнитной связи, включающий поверхностный передатчик и приемник водолаза [2].
Известная система предназначена для связи в пресной воде.
Задача полезной модели - расширение арсенала технических средств в системах беспроводной подводной связи с повышенной надежностью
Технический результат - надежная связь в пресной и в морской воде.
Технический результат достигается тем, что система беспроводной подводной связи, содержащая канал гидроакустической связи, включающий поверхностную приемопередающую телефонную станцию и подводную приемопередающую телефонную станцию, согласно предложения, содержит дополнительно канал телеграфной электромагнитной связи, включающий надводный телеграфный приемник, соединенный с антенным устройство, размещенным в водной среде, и подводный телеграфный передатчик, соединенный с антенным устройством и тангентой, размещенные в водной среде.
Для пресной воды у дополнительного канала связи надводный телеграфный приемник снабжен антенным устройством, размещенным в водной среде, включающим дополнительное входное устройство, которое имеет две входные клеммы, соединенные с антенной, выполненной в виде гибкого металлического проводника, покрытого изоляцией из диэлектрика, причем диаметр изоляции равен или более четырех диаметров проводника, у подводного телеграфного передатчика антенное устройство включает антенну, выполненную в виде гибкого металлического проводника, покрытого слоем изоляции из диэлектрика, причем диаметр изоляции равен или более четырех диаметров проводника, при этом один из концов проводника соединен с антенным выходом передатчика, и металлический корпус передатчика.
Для морской воды у дополнительного канала связи надводный телеграфный приемник снабжен антенным устройством, размещенным в водной среде, включающим дополнительное входное устройство, которое имеет две входные клеммы, каждая из которых соединена с металлическим электродом, у подводного телеграфного передатчика антенное устройство выполнено в виде металлического электрода, соединенного с антенным выходом передатчика, и металлического корпуса передатчика.
Отличие полезной модели состоит в том, что предлагаемая система беспроводной подводной связи, содержащая канал телефонной гидроакустической связи, дополнительно снабжена каналом телеграфной электромагнитной связи, содержащим поверхностный приемник с антенным устройством, размещенным в водной среде, и подводный передатчик с антенным устройством и тангентой, размещенные в водной среде.
На фиг.1 приведена функциональная схема системы беспроводной подводной связи.
На фиг.2 приведена структурная схема входного устройства надводного приемника телеграфной электромагнитной связи для пресной воды,
На фиг.3 приведена структурная схема входного устройства надводного приемника телеграфной электромагнитной связи для морской воды.
Система содержит надводный объект 1, содержащий приемопередатчик гидроакустической связи 2, соединенный с гидроакустической антенной 3, размещенной в водной среде 4.
В состав надводного объекта 1 дополнительно входят телеграфный приемник электромагнитной связи 5, соединенный с антенным устройством 6, размещенным в водной среде 4.
Подводный объект 7 содержит гидрокостюм водолаза 8, приемопередающее гидроакустическое устройство 9, соединенное с гидроакустической антенной 10, микрофоном 11 и телефоном 12, которые размещены в костюме водолаза 8. В состав объекта входят телеграфный передатчик электромагнитной связи 13, соединенный с антенным устройством 14 и тангентой 15.
На фиг.2 приведена структурная схема входного устройства приемника телеграфного канала электромагнитной связи надводного объекта для пресной воды.
Устройство содержит первый 16 и второй 17 параллельные колебательные контуры соединенные последовательно. У первого контура 16 первый вывод соединен с первой входной клеммой 18 устройства, а у второго контура 17 второй вывод соединен с входной клеммой 19 устройства. Параллельно выводам первого контура 1 включен вход первого усилителя высокой частоты 20, у которого выход соединен с первым входом сумматора 21.
Параллельно выводам второго контура 17 включен вход второго усилителя высокой частоты 22, у которого выход соединен со вторым входом сумматора 21. Выход сумматора 21 соединен с потенциальной выходной клеммой 23 устройства и с общей шиной 24, которая соединена со вторым выводом первого контура 1. К входным клеммам устройства могут быть подключены или обмотка магнитной антенны 25 или отрезок гибкого металлического проводника покрытого слоем изоляции из диэлектрика, при этом диаметр изоляции должен быть равен или более четырех диаметров проводника.
Если бы входное устройство содержало только один параллельный колебательный контур, то он был бы зашунтирован сопротивлением антенны 25, которое практически имеет малую величину. В этом случае колебательный контур не будет обладать резонансными свойствами. Входная цепь не будет ослаблять мешающие сигналы, отличные по частоте от принимаемого сигнала. Для получения избирательности необходимо иметь дополнительную обмотку связи, что приведет к значительному уменьшению коэффициента передачи сигнала. В предлагаемом устройстве не происходит шунтирование каждого из контуров сопротивлением антенны. Устройство содержит первую цепь, состоящую из источника сигнала - антенны 25, к выводам которой подключена вторая цепь, состоящая из соединенных последовательно первого колебательного контура 16 и второго колебательного контура 17. Оба контура настроены на одну и туже частоту, на несущую частоту телеграфного сигнала. Для первого колебательного контура 16 второй колебательный контур 17 является элементом связи, и наоборот, для второго колебательного контура 17 первый колебательный контур 16 является элементом связи. Напряжение на каждом из контуров будет равно U, где U=Е/2×Q; E - напряжение в антенне; Q - эффективная добротность контура.
В предлагаемом устройстве оба контура одинаковы и настроены на одну и ту же частоту. Поэтому практически U1=U2=U. Далее сигнал с каждого контура поступает на вход соответствующего усилителя высокой частоты, а затем на вход сумматора. Каждый из контуров обладает частотной избирательностью. На фиг.3 приведена схема входного устройства для морской воды. Для морской воды применяется антенна, выполненная в виде двух металлических электродов, выполненных из нержавеющей стали. Каждый из электродов подключен к одной из клемм 18 или 19 входного устройства надводного приемника.
В связи с тем, что сопротивление антенны, размещенной в морской воде очень значительно отличается от сопротивления параллельного колебательного контура, то практически колебания величины этого сопротивления не будут сказываться на параметрах каждого из контуров (избирательность, эффективная добротность). Надводный приемник телеграфной электромагнитной связи 5 содержит соединенные последовательно входное устройство, усилитель, тональный генератор на частоту 1000 Гц, звуковой индикатор и световой индикатор. Подводный передатчик телеграфного сигнала 13, включает герметичный металлический корпус, выполненный из нержавеющей стали, который выполняет роль противовеса.
Система беспроводной подводной связи работает следующим образом.
Штатный режим.
У надводного объекта приемопередатчик гидроакустической связи включен на передачу.
Приемник электромагнитной связи включен на прием.
У подводного объекта приемопередатчик гидроакустической связи включен на прием, передатчик канала телеграфной связи выключен.
Во время работы по указанию с надводного объекта водолаз переключает приемопередатчик гидроакустической связи на передачу, одновременно у надводного объекта приемопередатчик гидроакустической связи переключается на прием. Работа продолжается в таком режиме.
При наличии не штатной ситуации водолаз нажатием тангенты 15 включает передатчик 13 телеграфной электромагнитной связи. Телеграфный сигнал поступает на вход антенного устройства 6, а затем на вход приемника 5. При наличии сигнала от водолаза включаются тональный генератор, звуковая и световая индикация.
Руководитель работ дает команду “прием”.
Приемопередатчик надводного объекта срочно переключается на прием, приемопередатчик водолаза переключается на передачу.
Наличие у водолаза передатчика телеграфной связи позволяет водолазу осуществлять прием и одновременно передавать на поверхность сигнал при помощи азбуки Морзе или применяя специальный код. Система может работать в дуплексном режиме.
Для гидроакустической связи могут быть применены, например устройства для подводной гидроакустической связи выпускаемые американской компанией Ocean Texnology Sistems (OTS). Аппаратура обеспечивает симплексную беспроводную связь поверхностного объекта с водолазом. В состав системы входят поверхностная приемопередающая телефонная станция с гидроакустической антенной и подводная приемопередающая станция с гидроакустической антенной.
Для телеграфной электромагнитной связи может быть использованы устройства для передачи и приема телеграфного сигнала, работающие с несущей частотой в диапазоне частот 1500-2000 кГц. для пресной воды и с несущей частотой в диапазоне частот 4-10 кГц для морской воды.
Наличие двух видов связи исключает взаимовлияние, повышает надежность связи, и повышает безопасность проведения подводных работ.
Техническим результатом предложения является обеспечение дуплексной связи.
Предлагаемая система связи может быть использована при проведении диагностических работ на различных трубопроводах, пролегающих по дну рек, на морском шельфе.
При проведении спасательных работ на реках и озерах подразделениями Министерства чрезвычайных ситуаций.
Источники информации:
1. Н.А.Стопцов и др., Связь под водой. - Л.,: Судостроение, 1990.
2. Патент РФ №98660, МПК H04B 13/02, опубликован 20.10.2010 г. Бюл. №29