УСТРОЙСТВО ГИДРОАКУСТИЧЕСКОЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ПОДВОДНОГО ПРОСТРАНСТВА В УСЛОВИЯХ ОГРАНИЧЕННОЙ ВИДИМОСТИ
APPARATUS FOR HYDROACOUSTIC IMAGING OF UNDERWATER SPACE IN LIMITED VISIBILITY CONDITIONS

Изобретение относится к области гидроакустической техники и может быть использовано в составе водолазного оборудования, обеспечивающего получение изображения различных подводных объектов в ультразвуковом поле в условиях ограниченной оптической видимости при наблюдении за подводными техническими сооружениями, работами по их ремонту и обслуживанию, а также всех видах водолазных работ.
Известно устройство гидроакустической визуализации подводного пространства в условиях ограниченной видимости, содержащее двухмерную антенную приемоизлучающую решетку, многопозиционные переключатели, обеспечивающие переключение режимов приема и передачи акустических колебаний, акустическую линзу, обеспечивающую фокусировку, а также блоки обработки и отображения информации на дисплее (см., например, Системы акустического изображения, под ред. Г.Уэйда, Ленинград, Изд-во «Судостроение», 1981 г., стр.133-134).
Недостатком устройства является плохое качество изображения из-за наличия помех от интерференции сигналов с боковых лепестков, а также искажений сигнала на линзе.
Известно устройство гидроакустической визуализации подводного пространства в условиях ограниченной видимости, содержащее электрический генератор, подключенный к пьезоэлектрическому излучателю (прожектору), приемный блок, включающий звуковой объектив, приемную пьезоэлектрическую матрицу, электронно-лучевой коммутатор, усилитель, а также видеоконтрольное устройство, включающее блок строчной и кадровой разверток, видеоусилитель и кинескоп, либо иное устройство отображения (см., например, «Подводная система звуковидения», Научно-производственное предприятие «Гамма», Заявка на изобретение РФ №99115047 от 14.03.1990 г., www.nppgamma.com).
Недостатком устройства является плохое качество изображения из-за наличия помех от интерференции сигналов с боковых лепестков, а также искажений сигнала на линзе.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению (прототипом) является известное устройство гидроакустической визуализации подводного пространства в условиях ограниченной видимости, содержащее размещенные в герметичном корпусе антенный блок, блок генерации излучаемого сигнала, блок обработки принятого сигнала, а также размещенный в герметичном корпусе блок графического отображения акустического изображения, соединенный кабельной линией связи с выходом блока обработки принятого сигнала, при этом антенный блок содержит жидкостную акустическую линзу, фокусирующую звуковое изображение на вращающуюся линейку электроакустических преобразователей, состоящую из 32 элементов, расположенных по радиусу, причем электроакустические преобразователи одновременно являются излучателями, блок обработки принятого сигнала выполнен в виде электронно-оптического преобразователя, состоящего из 32 светодиодов, расположенных в том же порядке, что и приемные элементы импульсного генератора, а блок графического отображения акустического изображения размещен на маске водолаза (см., например, П.Грегуш, Звуковидение, Перевод с англ. Под ред. Света В.Д., М., изд-во «Мир», 1982 г., стр.168-169).
Недостатком прототипа является плохое качество изображения из-за наличия помех от интерференции сигналов с боковых лепестков и от вращающихся деталей, а также искажений сигнала на линзе.
Техническим результатом изобретения является повышение качества изображения и осуществление обзора окружающего подводного пространства за каждый цикл работы по всем трем координатам в пределах заданных границ.
Технический результат достигается за счет того, что в устройстве гидроакустической визуализации подводного пространства в условиях ограниченной видимости, содержащем размещенные в герметичном корпусе антенный блок, блок генерации излучаемого сигнала, блок обработки принятого сигнала, а также размещенный в герметичном корпусе блок графического отображения акустического изображения, соединенный кабельной линией связи с выходом блока обработки принятого сигнала, антенный блок содержит установленные в одной плоскости перпендикулярно продольной оси герметичного корпуса излучающую и приемную многоэлементные решетки в виде взаимно перпендикулярных линеек, блок генерации излучаемого сигнала содержит последовательно соединенные генератор, многоотводную линию задержки и многоканальный усилитель, выход которого соединен с излучающей многоэлементной решеткой, блок обработки принятого сигнала содержит последовательно соединенные с выходом приемной антенной решетки приемный многоканальный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, формирователь характеристик направленности и блок вычисления корреляционной функции, второй вход которого подключен к выходу генератора, а блок графического отображения акустического изображения содержит видеоконтроллер, соединенный кабельной линией связи с выходом блока вычисления корреляционной функции, графический дисплей, соединенный с выходом видеоконтроллера, и пульт управления, подключенный к входу видеоконтроллера.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На Фиг.1 представлена блок-схема устройства, а на Фиг.2 представлен один из возможных вариантов крепления устройства на шлеме водолаза.
Устройство гидроакустической визуализации подводного пространства в условиях ограниченной видимости содержит размещенные в герметичном корпусе 1 антенный блок, включающий установленные в одной плоскости перпендикулярно продольной оси герметичного корпуса излучающую 2 и приемную многоэлементные решетки 3 в виде взаимно перпендикулярных линеек, блок генерации излучаемого сигнала, включающий последовательно соединенные генератор 4, многоотводную линию задержки 5 и многоканальный усилитель мощности 6, выход которого соединен с излучающей многоэлементной решеткой 2, блок обработки принятого сигнала, включающий последовательно соединенные с выходом приемной антенной решетки 3 приемный усилитель 7, аналого-цифровой преобразователь 8, формирователь характеристик направленности 9 и блок вычисления корреляционной функции 10, второй вход которого подключен к выходу генератора 4, а блок графического отображения акустического изображения 12 содержит видеоконтроллер 13, соединенный кабельной линией связи 11 с выходом блока вычисления корреляционной функции 10, графический дисплей 14, соединенный с выходом видеоконтроллера 13, и пульт управления 15, подключенный к входу видеоконтроллера 13. При этом на дисплее 14 изображены область отображения мощности эхо-сигналов в координатах «угол приема - дистанция» 16, область отображения мощности эхо-сигналов в координатах «угол приема - угол излучения» 17 и область отображения меню 18.
Устройство работает следующим образом.
Генератор 4 формирует сигнал, последовательно подключаемый к многоотводной линии задержки 5, многоканальному усилителю мощности 6 и элементам излучающей антенны 2. В результате сложения в воде акустических сигналов, излученных всеми элементами антенны, формируется луч, узкий в плоскости, проходящей через линию излучающей антенны 2, и широкий в перпендикулярной плоскости. Угол наклона луча относительно линии антенны зависит от времен задержки сигнала на выходе многоотводной линии задержки 5. Путем изменения этих времен при каждом последующем облучении осуществляется последовательное сканирование пространства в заданном секторе углов.
После каждого облучения отраженные эхо-сигналы от подводных объектов, находящихся в области облучения, принимаются элементами приемной антенны 3 и последовательно поступают на многоканальный усилитель 7, аналого-цифровой преобразователь 8, формирователь характеристик направленности 9 и блок вычисления корреляционной функции 10. Элементы приемной антенны 3 располагаются вдоль прямой линии, перпендикулярной линии элементов излучающей антенны. Характеристика направленности такой антенны имеет малую ширину в плоскости, проходящей через линию антенны, и большую в перпендикулярной плоскости. При формировании веера характеристик направленности приемной антенны 2 осуществляется параллельный обзор пространства вдоль всего сектора облучения. Обзор пространства по третьей координате - дистанции осуществляется путем вычисления корреляционной функции принятого сигнала с излученным. На выходе блока вычисления корреляционной функции 10 формируется совокупность оценок мощности эхо-сигнала с каждого элементарного участка озвучиваемого пространства. Таким образом, устройство за каждый цикл работы производит обзор окружающего подводного пространства по всем трем координатам в пределах заданных границ.
Полученные оценки мощности эхо-сигнала по кабельной линии связи 11 поступают на блок графического отображения акустического изображения 12, включающий видеоконтроллер 13, дисплей 14 и пульт управления 15. Видеоконтроллер 13 в соответствии с заложенным программным обеспечением на основе информации, поступающей из антенного блока 3 и пульта управления 15, осуществляет формирование графического изображения, выводимого на графический дисплей 14. Экран дисплея разделен на 3 области. В области 16 отображается распределение мощности эхо-сигнала в координатах угол приема - дистанция. В области 17 отображается распределение уровней сигнала по координатам угол излучения - угол приема. В области 18 в символьном виде выводятся режимы и параметры графического отображения.
Режимы графического отображения задаются с помощью пульта управления 15, выполненного в виде водонепроницаемой кнопочной панели, либо с использованием герконов, размещенных в прочном корпусе и переключаемых с помощью магнитов, перемещаемых по внешней поверхности корпуса блока отображения. Распределение мощности эхо-сигнала в координатах угол приема - дистанция в области 16 дисплея 14 в зависимости от выбранного режима отображается либо для текущего угла облучения, либо для суммарного сигнала в заданном секторе облучения. Границы сектора облучения задаются с помощью пульта управления 15. В области 17 выводится либо максимальное значение сигнала в выбранном интервале дистанций, либо суммарное. Причем границы интервала также задаются с помощью пульта управления.
Размещение крепления корпусов антенного блока 1 и блока графического отображения 12 на шлеме водолаза позволяет изменять направление наблюдения путем поворота корпуса, освобождая при этом руки для выполнения необходимых действий.
Изобретение позволяет существенно повысить качество изображения подводных объектов и осуществить обзор окружающего подводного пространства за каждый цикл работы по всем трем координатам в пределах заданных границ.