НАВИГАЦИОННАЯ ГИДРОАКУСТИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ ОСВЕЩЕНИЯ БЛИЖНЕЙ ОБСТАНОВКИ

Полезная модель относится к области гидроакустики и может быть использовано для расширения функциональных возможностей навигационной станции освещения ближней обстановки, установленной на движущемся носителе относительно его горизонта.
Известны методы обнаружения объекта, с использованием гидролокатора, установленного на этом носителе. Использование этих методов позволяют обнаруживать объект, измерять до него дистанцию и измерять направление на объект. (Яковлев А.Н. Каблов Г.П. Гидролокаторы ближнего действия. Л. Судостроение 1983 г.).
Гидролокатор содержит генератор зондирующего сигнала, измеритель времени задержки между излученным сигналом и принятым эхосигналом от объекта, определитель дистанция до обнаруженного объекта по величине временной задержки и известной скорости распространения звука и определитель направления прихода отраженного сигнала.
Однако эти гидролокаторы не позволяют определить глубину погружения объекта.
Известен метод определения глубины погружения объекта с использованием гидролокатора, описанный в работе (А.П.Сташкевич, «Акустика океана», Судостроение, Ленинград, 1966 г, стр.263). Гидролокатор производит:
излучение зондирующего сигнала в момент времени ti,
прием эхосигнала от объекта,
измерение временной задержки между моментами излучения зондирующего сигнала и приема эхосигнала,
1
1
определение на момент времени t дистанции D до объекта по величине временной задержки и известной скорости распространения звука,
измерение направления на цель в вертикальной плоскости;
определение глубины Н погружения по формуле Н=Dsin(α), где D - измеренная дистанция до объекта α - угол между направлением движения носителя и направлением на объект в вертикальной плоскости.
Недостатком данного метода является то, что необходимо точно знать направление на цель, которая определяется с использованием узкой характеристики направленности. Результатом оценки глубины для объекта является величина, которая получается при решении прямоугольного треугольника по гипотенузе, определяемой по оценке дистанции и углу, определяемому направлением характеристики направленности.
Известен способ определения глубины погружения объекта по патенту №2350983 от 15.02.2007 г. и устройство, реализующее данный способ, которое содержит гидролокатор ближнего действия, соединенный через измеритель дистанции с вычислителем, второй вход которого соединен с измерителем собственной скорости, а третий вход с блоком управления. Однако при измерении глубины погружения объекта возникает ошибка обусловленная условиями распространения. Распространение акустических лучей практически всегда сопровождается их рефракцией в вертикальной плоскости. При положительной рефракции измеренная глубина всегда будет больше глубины погружения объекта. При отрицательной рефракции измеренная глубина будет меньше истинной глубины. А.Л.Простаков «Гидроакустика в военно-морском флоте» Воениздат М 1961 г. стр.88. Поэтому необходимо учитывать рефракцию акустического луча. Можно повысить точность оценки глубины, если рассчитывать траекторию распространения лучей, сравнивать расчетную дистанцию с измеренной дистанцией и определять глубину погружения объекта при совпадении этих дистанций.
Известна навигационная гидроакустическая станция освещения ближней обстановки по патенту 2001134709\09 от 24.12.2001 г, который целесообразно принять за прототип. Станция содержит двумерную приемопередающую антенну со статическим веером характеристики направленности, коммутатор приема передачи с трактом предварительной обработки, первую цифровую вычислительную систему, соединенную с выходом тракта предварительной обработки интерфейсами, последовательно соединенную с первой вторую цифровую вычислительную машину совместно с монитором, тракт измерения скорости звука, цифроаналоговый тракт прослушивания. Недостатком такой станции является отсутствие измерителя глубины погружения объекта.
Задачей настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей гидроакустической станции за счет измерения глубины погружения объекта и корректировки оценки глубины по результатам расчета поля.
Указанный недостаток устраняется тем, что в навигационную гидроакустическую станцию освещения ближней обстановки, содержащую двумерную приемопередающую антенну со статическим веером характеристики направленности, коммутатор приема передачи с трактом предварительной обработки, первую цифровую вычислительную систему, соединенную с выходом тракта предварительной обработки интерфейсами, последовательно соединенную с первой вторую цифровую вычислительную машину совместно с монитором, тракт измерения скорости звука, цифроаналоговый тракт прослушивания, дополнительно введены: измеритель собственной скорости, измеритель глубины погружения объекта, вычислитель структуры звукового поля, блок выбора границ разброса оценок глубин, блок сравнения длин лучей с длиной измеренной дистанции в границах разброса оценок глубины, блок принятия решения по оценке глубины при совпадении длины луча с измеренной оценкой дистанции, при этом второй выход цифровой вычислительной машины соединен с первым входом измерителя глубины объекта, выход которого соединен через второй вход блока выбора разброса глубин с первым входом блока уточнения глубины цели, а выход тракта измерения скорости звука через вычислитель структуры поля соединен с первым входом блока сравнения измеренных и расчетных траекторий и далее через блок оценки глубин совпадения со вторым входом блока уточнения глубины цели, измеритель глубины погружения соединен со вторым входом вычислителя структуры поля, а измеритель собственной скорости со вторым входом измерителя глубины объекта.
На фиг 1 представлена структурная схема предлагаемой полезной модели навигационной гидроакустической станции освещения подводной обстановки.
Выход тракта измерения скорости звука навигационной гидроакустической станции освещения ближней обстановки 1 соединен с первым входом вычислителя структуры поля 5, выход которой через первый вход блока 7 сравнения измеренных и расчетных лучей, блок 8 оценки глубины совпадения соединен с первым входом блока 9 уточнения глубины цели. Выход ЦВС-2 навигационной гидроакустической станции освещения ближней обстановки 1 соединен с первым входом блока 4 измерителя глубины, входом блока 6 выбора разброса глубин и вторым входом блока 9 уточнения глубины цели. Измеритель 3 глубины погружения соединен со вторым входом блока 4 измерителя глубины объекта, а измеритель 2 глубины погружения соединен со вторым входом блока 5 вычислителя структуры поля.
С использованием изложенного навигационная гидроакустическая станция освещения ближней обстановки работает следующим образом. При работе станции в штатном режиме полученные оценки дистанции по нескольким последовательным зондирующим посылкам с выхода ЦВС-2 поступают в блок 4 измеритель глубины, на второй вход которого поступают оценки собственной скорости движения носителя НГАС, В блоке 4 производится вычисление глубины объекта по нескольким последовательным оценкам дистанции относительно первого измерения. Полученные оценки передаются в блок 6 выбора разброса глубин, полученных по последовательным измерениям при излучении зондирующих сигналов, где выбираются максимальная и минимальная оценка глубины объекта по имеющейся серии измерений. Независимо от измерения дистанции из тракта измерения скорости звука станции 1 зависимость скорости звука от глубины поступает в блок 5 вычислитель структуры поля, на второй вход которого из блока 2 измерителя глубины погружения поступает глубина погружения носителя НГАС. По известным программам происходит расчет структуры поля в пределах шкалы работы станции по дистанции для полученной глубины погружения и измеренной зависимости скорости звука от глубины. Вычислитель структуры гидроакустического поля является известным устройство, который по разрезу скорости звука и глубине погружения источника излучения рассчитывает траектории лучей по всей трассе распространения сигнала в пределах дистанций работы станции 1. Этот вопрос подробно рассмотрен В.Н.Матвиенко, Ю.Ф.Тарасюк в монографии «Дальность действия гидроакустических средств» Судостроение 1981 г. Л.
Вопросы расчета структуры гидроакустического поля достаточно подробно рассмотрены в монографии «Физические основы подводной акустике» под ред. Мясищева В.И. Сов радио М. 1955 г. Стр 81-115, там же приведен прибор для построения траектории звуковых лучей. Все современные гидроакустические комплексы, использующие цифровую вычислительную технику, вычислители структуры поля проектируют на спецпроцессорах типа ЦВС-2, используемых в прототипе. Практически в каждом гидроакустическом комплексе имеются подсистемы расчета поля, обеспечивающие расчет траектории распространения лучей, аномалию, зоны контактов. В.А.Комляков «Корабельные средства измерения скорости звука и моделирования акустических полей в океане» Санкт Петербург «Наука» 2003 г. стр 285.
На стр 328 Ю.А.Корякин, С.А.Смирнов, Г.В.Яковлев «Корабельная гидроакустическая техника», Санкт Петербург «Наука» 2004 г. приведены характеристики измерителе собственной скорости различных типов.
В каждом комплекте аппаратуры, используемой на подводной лодке, в обязательном порядке применяется цитатный измеритель глубины погружения, данные которого передаются во все системы одновременно с корабельным временем.
Измеритель глубины погружения 4 известен по вышеприведенному патенту и вычисляет глубину цели по последовательно измеренным оценкам дистанции и оценке собственной скорости. Блок выбора разброса глубин 6 определяет минимальную оценку глубины и максимальную оценку глубины, полученную по результатам последовательных измерений, относительно первой оценки дистанции. Блок 7 сравнения измеренных и расчетных лучей сравнивает измеренные длину луча, равную измеренной дистанции и расчетные длины лучей с выхода вычислителя структуры поля 5 в границах разброса глубин с выхода блока 6. Для работы станции освещения ближней обстановки порядка несколько километров и границы разброса глубин порядка 50 метров количество совпадающих дистанции не превышает несколько штук. В блоке 8 происходит выбор глубины, которая соответствует измеренной дистанции и расчетной дистанции для выбранного разброса глубин. Глубина, расчетная траектория на которой меньше всего отличается от измеренной дистанции, принимается за оценку глубины цели и передается в блок 9 уточнение глубины цели. Таким образом, в блок 9 может быть либо одна оценка глубины, если не работает по каким-то причинам расчет поля, и тогда она является окончательной, либо две оценки глубины и тогда окончательным является оценка, полученная с учетом расчета поля. Эти блоки могут быть реализованы на средствах вычислительной техники или с использованием программного обеспечения на спецпроцессорах типа ЦВС-2, имеющегося в комплекте аппаратуры прототипа. Ю.А.Корякин, С.А.Смирнов, Г.В.Яковлев «Корабельная гидроакустическая техника», Санкт Петербург «Наука» 2004 г. стр.281.
Таким образом, использование расчета поля позволит уточнить оценку измеренной глубины погружения объекта и тем самым повысить функциональные возможности навигационной станции освещения ближней обстановки