АКТИВНЫЙ ГИДРОЛОКАТОР
ACTIVE SONAR

Изобретение относится к гидроакустической технике, конкретнее к области активной гидролокации, в том числе к активным гидролокаторам, предназначенным для обнаружения объектов, измерения координат и параметров движения обнаруженных объектов.
Известен активный гидролокатор (патент РФ №2346295), содержащий акустические излучающую и приемную антенны, устройство формирования зондирующего сигнала, генераторное устройство, устройство управления, устройство формирования характеристик направленности, блок измерения времени задержки эхо-сигнала относительно момента излучения зондирующего сигнала, блок измерения угла прихода эхо-сигнала в вертикальной плоскости, блок измерения глубины цели.
Известен активный гидролокатор (патент США №3686669), содержащий генератор коротких импульсных сигналов, излучающую и приемную антенны, устройства формирования характеристик направленности, устройство обработки принятых сигналов, устройство обнаружения эхо-сигналов, устройство спектрального анализа сигнала.
Однако в этих гидролокаторах отсутствует устройство определения дистанции до цели.
По количеству общих признаков наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является активный гидролокатор, содержащий последовательно соединенные устройство синхронизации, устройство формирования тонального зондирующего сигнала, генераторное устройство и излучающую акустическую антенну, также содержащий последовательно соединенные приемную акустическую антенну, устройство формирования характеристики направленности, многоканальное устройство доплеровской фильтрации, устройство обнаружения эхо-сигнала и устройство определения радиальной скорости цели, также содержащий устройство определения дистанции до цели (Митько В.Б., Евтютов А.П., Гущин С.Е. Гидроакустические средства связи и наблюдения. -Л.: Судостроение, 1982. С.119-125, 138-141).
Недостатком этого гидролокатора-прототипа является то, что при большой длительности тонального зондирующего сигнала, необходимой для обеспечения значительных дальностей обнаружения эхо-сигналов, существенно снижается точность определения дистанции до цели. Это связано с тем, что в гидролокаторе-прототипе величины ошибок определения дистанции тем больше, чем больше длительность тонального сигнала.
Техническим результатом изобретения является повышение точности определения дистанции до цели для гидролокатора, содержащего многоканальное устройство доплеровской фильтрации и предназначенного для работы по подвижным целям.
Для достижения данного технического результата в активный гидролокатор, содержащий последовательно соединенные устройство синхронизации, устройство формирования тонального зондирующего сигнала, генераторное устройство и излучающую акустическую антенну, также содержащий последовательно соединенные приемную акустическую антенну, устройство формирования характеристики направленности, многоканальное устройство доплеровской фильтрации, устройство обнаружения эхо-сигнала и устройство определения радиальной скорости цели, также содержащий устройство определения дистанции до цели, введены новые признаки, а именно: последовательно соединенные многоканальное запоминающее устройство, устройство коммутации, устройство выделения сигнального отклика тонального сигнала, модулятор, согласованный фильтр, также введено устройство формирования модулирующей функции сложного сигнала и устройство выработки строба, при этом первый и второй входы устройства формирования модулирующей функции сложного сигнала соединены с выходом устройства определения радиальной скорости цели и вторым выходом устройства выделения сигнального отклика тонального сигнала соответственно, а первый и второй выходы устройства формирования модулирующей функции сложного сигнала соединены со вторыми входами модулятора и согласованного фильтра соответственно, вход устройства выработки строба соединен со вторым выходом устройства обнаружения эхо-сигнала, второй выход многоканального устройства доплеровской фильтрации соединен с первым входом многоканального запоминающего устройства, первый, второй и третий выходы устройства выработки строба соединены со вторым входом многоканального запоминающего устройства, вторым входом устройства выделения сигнального отклика тонального сигнала и первым входом устройства определения дистанции до цели соответственно, второй вход которого соединен с выходом согласованного фильтра, второй вход устройства обнаружения эхо-сигнала соединен со вторым выходом устройства синхронизации, третий выход устройства обнаружения эхо-сигнала соединен со вторым входом устройства коммутации.
Указанный технический результат достигается за счет того, что определение дистанции до цели производится с использованием многоканального запоминающего устройства на выходе системы доплеровской фильтрации, на основе измерения времени задержки отклика на выходе согласованного фильтра для специально сформированного сложного сигнала, причем длительность этого отклика существенно (например, в десятки-сотни раз) меньше длительности сигнального отклика тонального сигнала. Отметим, что точность определения дистанции до цели зависит от длительности того отклика, по которому эта дистанция определяется: в данном случае это отклик специально сформированного сложного сигнала на выходе согласованного фильтра. Следует сказать также, что сложный сигнал формируется с использованием сигнального отклика тонального эхо-сигнала на выходе того доплеровского канала, в котором этот эхо-сигнал был обнаружен, и модулирующей функции сложного сигнала. Это реализуется при совместной работе вновь введенных блоков, связей между ними и связей этих блоков с другими блоками гидролокатора.
Сущность изобретения поясняется фиг.1 и фиг.2, где на фиг.1 приведена блок-схема предложенного активного гидролокатора, а на фиг.2 представлены огибающая отклика сложного сигнала на выходе согласованного фильтра (сплошная линия) и огибающая сигнального отклика тонального сигнала (штриховая линия).
Активный гидролокатор (фиг.1) содержит последовательно соединенные устройство 3 синхронизации, устройство 4 формирования тонального зондирующего сигнала, генераторное устройство 5 и излучающую акустическую антенну 1. Гидролокатор (фиг.1) содержит также последовательно соединенные приемную акустическую антенну 2, устройство 6 формирования характеристики направленности, многоканальное устройство 7 доплеровской фильтрации, устройство 8 обнаружения эхо-сигнала. Также активный гидролокатор содержит последовательно соединенные многоканальное запоминающее устройство 9, устройство 10 коммутации, устройство 11 выделения сигнального отклика тонального сигнала, модулятор 12, согласованный фильтр 13. Устройство 8 образует последовательную цепь с устройством 16 определения радиальной скорости цели и устройством 17 формирования модулирующей функции сложного сигнала. Второй вход устройства 17 соединен с выходом устройства 11, а первый и второй выходы устройства 17 соединены со вторыми входами модулятора 12 и согласованного фильтра 13 соответственно. Вход устройства 15 выработки строба соединен с выходом устройства 8, второй выход устройства 7 соединен с первым входом устройства 9, первый, второй и третий выходы устройства 15 соединены со вторым входом устройства 9, вторым входом устройства 11 и первым входом устройства 14 соответственно. Второй вход устройства 14 соединен с выходом согласованного фильтра 14, второй вход устройства 10 соединен с третьим выходом устройства 8, а второй вход устройства 8 соединен со вторым выходом устройства 3.
Практическое исполнение блоков, входящих в изобретение, известно из практики гидроакустики и реализуется на основе применения цифровых устройств.
Блоки 9, 10 и согласованный фильтр 13 могут быть реализованы на основе технических решений, приведенных в книге 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. на С.51 и С.147-150.
Блоки 12, 17 выполняются с использованием технических решений, приведенных в книге Проектирование импульсных и цифровых устройств радиотехнических систем. /Цифровые радионавигационные устройства / В.В. Барашенков, А.Е. Лутченко, Е.М. Скороходов и др./ Под ред. В.Б. Смолова. -М.: Сов. радио, 1980. С.196-206.
Блоки 11, 15 реализуются с использованием технических средств, описанных в книге 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.155-163.
Работа устройства осуществляется следующим образом. Устройство 4 формирования тонального зондирующего сигнала вырабатывает зондирующие сигналы. Гидролокатор производит излучение зондирующего сигнала с помощью генераторного устройства 5 и излучающей акустической антенны 1. Отраженный от объекта эхо-сигнал с выхода приемной акустической антенны 2 поступает на устройство 6 формирования характеристики направленности. С выхода устройства 6 сигнальный массив поступает на устройство 7, обеспечивающее доплеровскую фильтрацию принятых сигналов, и далее на устройство обнаружения эхо-сигнала 8. С выхода блока 7 сигнальные процессы, соответствующие всем доплеровским каналам, поступают на вход многоканального запоминающего устройства 9, которое работает в режиме обновления запоминаемой информации. При обнаружении эхо-сигнала в устройстве выработки строба 15 вырабатывается стробирующий импульс, середина которого по времени соответствует моменту обнаружения эхо-сигнала, а длительность которого дает возможность, с учетом приборных ошибок сформировать в блоке 9 необходимый массив сигнального процесса, включающий на некоторой протяженности по времени как отклик тонального сигнала, так и шумы. Этот массив передается в устройство 11 выделения сигнального отклика тонального сигнала через устройство 10, которое коммутирует передачу из устройства 9 массива сигнального процесса из того доплеровского канала, в котором устройство 8 обнаружило эхо-сигнал. В блоке 11 происходит выделение сигнального отклика тонального сигнала из поступившего в этот блок массива. Из блока 11 поступает управляющая команда на первый вход блока 17. Устройство 16 по данным, поступившим из блока 8, производит определение радиальной скорости цели и передает эту величину на второй вход блока 17. На входы модулятора 12 поступают сигнальный отклик тонального сигнала в виде радиоимпульса (то есть импульса с высокочастотным заполнения) из блока 11 и модулирующая функция сложного сигнала из блока 17. С выхода блока 12 на вход согласованного фильтра 13 поступает сформированный, на основе отклика тонального сигнала и модулирующей функции, сложный сигнал. На другой вход блока 13 из блока 17 поступает модулирующая функция сложного сигнала, в качестве опорного сигнала согласованного фильтра. В результате на выходе блока 13 возникает сжатый по длительности отклик сформированного сложного сигнала в виде огибающей. Длительность отклика сложного сигнала существенно меньше сигнального отклика тонального сигнала. Этот эффект иллюстрируется на примере с помощью фиг.2. На фиг.2 представлено:
- огибающая сигнального отклика тонального сигнала (штриховая линия), длительность отклика по уровню (минус 3 дБ) от максимума равна приблизительно 0,6·Т, Т - длительность тонального зондирующего сигнала, в данном случае при Т=0,5 с, 0,6·Т=0,3 с;
- огибающая отклика сложного сигнала на выходе согласованного фильтра (сплошная линия), ширина полосы сформированного в данном случае сложного сигнала равна 100 Гц, длительность основного лепестка огибающей сигнального отклика сложного сигнала по уровню (минус 3 дБ) равна, соответственно, 10 мс.
Таким образом, в данном примере длительность отклика сформированного сложного сигнала в 30 раз меньше длительности отклика тонального сигнала, за счет этого и происходит существенное повышение точности определения дистанции до цели.
3
и
м
С выхода блока 13 огибающая отклика согласованного фильтра поступает на вход устройства 14 определения дистанции до цели. В блоке 14 производится определение интервала τ между моментом времени t, соответствующим концу излучения зондирующего сигнала, и моментом времени t, соответствующим максимуму выходного отклика блока 13. Далее в блоке 14 определяется дистанция до цели с использованием соотношения:
3
D=c·τ/2,
где c - скорость звука в воде.
3
Величина τ определяется в блоке 14 по соотношению:
3
стр
м
τ=τ+τ,
стр
где τ - интервал времени между концом излучения и моментом начала стробирующего импульса, измеряется в блоке 15;
м
м
τ - интервал времени между началом стробирующего импульса и моментом t, измеряется в блоке 14.
Устройство 3 управляет во времени формированием зондирующего сигнала (блок 4) и соответственно работой генераторного устройства 5, а также обеспечивает через блок 8 синхронизацию работы блоков 9, 10, 11, 14, 15, 16 и 17.
Использование многоканального запоминающего устройства, устройства коммутации, устройства выделения сигнального отклика, устройства формирования модулирующей функции, модулятора, согласованного фильтра, устройства выработки строба с соответствующими связями между этими блоками и связями этих блоков с другими блоками активного гидролокатора, обеспечивает повышение точности определения дистанции до цели на основе измерения времени задержки отклика на выходе согласованного фильтра для специально сформированного сложного сигнала, причем длительность этого отклика существенно меньше длительности сигнального отклика тонального сигнала.
Таким образом, задача успешно решается.