ГИДРОАКУСТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПОДВОДНОЙ ЛОДКИ

Полезная модель относится к области гидроакустических комплексов используемых на подводных лодках и предназначенных для освещения подводной обстановки.
Известен гидроакустический комплекс подводной лодки (журнал «Судостроение за рубежом» 1986 г., №3, стр.20, рис.11).
Данный гидроакустический комплекс содержит пульты оператора, цифровые вычислительные машины, двунаправленную информационно-управляющую магистраль, с которой соединены пульты оператора, цифровые вычислительные машины, процессоры цифровой обработки сигналов, усилители, антенны с гидрофонами для приема и излучения сигнала различной частоты, антенну обнаружения гидроакустического сигнала.
Известный гидроакустический комплекс имеет ограниченные возможности по числу решаемых задач и обладает низкой надежностью.:
Наиболее близким по технической сущности является гидроакустический комплекс подводной лодки (журнал «Судостроение за рубежом» 1991 г., №1, ст. Н.М.Гусев, Т.А.Пыткина, Г.В.Яковлев «Боевые системы ПЛ западноевропейских ВМС» рис.1, стр.26).
Данный гидроакустический комплекс подводной лодки содержит пульты оператора, блок обработки информации с цифровыми вычислительными машинами и процессорами цифровой обработки сигналов, двунаправленную информационно-управляющую магистраль, с которой соединены пульты оператора и блок обработки информации, элементы батитермического контроля, буксируемую антенну с лебедкой, излучающую антенну звукового диапазона, приемную антенну звукового диапазона, антенны звукоподводной связи, блок антенн обнаружения мин, антенны обнаружения гидроакустического сигнала.
Структура комплекса не адаптируема к отказам и, следовательно, обладает низкой надежностью.
Целью предложения является обеспечение высокой надежности работы гидроакустического комплекса подводной лодки.
Указанная цель достигается тем, что в гидроакустический комплекс
подводной лодки, содержащий пульты оператора, блок обработки информации с цифровыми вычислительными машинами и процессорами цифровой обработки сигналов, двунаправленную информационно-управляющую магистраль, с которой соединены пульты оператора и блок обработки информации, элементы батитермического контроля, буксируемую антенну с лебедкой, излучающую антенну звукового диапазона, приемную антенну звукового диапазона, антенны звукоподводной связи, блок антенн обнаружения мин, антенны обнаружения гидроакустического сигнала, в блок обработки информации введены процессоры формирования характеристик направленности, первый и второй коммутаторы, усилители излучаемого сигнала с цифро-аналоговыми преобразователями, усилители принимаемого сигнала с аналого-цифровыми преобразователями, дециматоры, при этом входы цифровых вычислительных машин соединены двунаправленными шинами с первым коммутатором, а выходы двунаправленными шинами с информационно-управляющей магистралью, выходы процессоров цифровой обработки сигналов, установленных в каналах приема сигнала, однонаправленными шинами соединены с первым коммутатором, первые их входы подключены первой шиной управления к первому коммутатору, а
вторые входы однонаправленными шинами соединены с выходами процессоров формирования характеристик направленности, входы процессоров формирования характеристик направленности однонаправленными шинами соединены со вторым коммутатором, выходы элементов батитермического контроля через усилители принимаемого сигнала с аналого-цифровыми преобразователями соединены однонаправленной шиной с первым коммутатором, гидрофоны принимающей антенны звукового диапазона и буксируемой антенны соединены однонаправленными шинами со входами усилителей принимаемого сигнала с аналого-цифровыми преобразователями, выходы которых соединены однонаправленными шинами со вторым коммутатором, решетка гидрофонов приемной антенны звукового диапазона установлена под обтекателем на носовой оконечности и сопрягаемых с ней бортовых поверхностях подводной лодки и имеет относительно них квазиконформную поверхность, излучающая антенна звукового диапазона имеет цилиндрическую форму, установлена под обтекателем на носовой оконечности ограждения рубки подводной лодки, при этом образующие цилиндрической поверхности параллельны вертикальной оси подводной лодки, антенны обнаружения гидроакустических сигналов установлены в носовой, двух бортовых и кормовой поверхностях ограждения рубки подводной лодки, при этом решетка с гидрофонами каждой антенны выполнена плоской и установлена конформно относительно соответствующих поверхностей подводной лодки, блок антенн обнаружения
мин выполнен в виде излучающей антенны и приемных антенн, решетки с гидрофонами выполнены плоскими и размещены в носовой оконечности подводной лодки с двух сторон относительно вертикальной плоскости симметрии подводной лодки, гидрофоны антенн обнаружения гидроакустического сигнала и гидрофоны приемных антенн обнаружения мин, предназначенные для приема сигнала, однонаправленными шинами соединены со входами усилителей принимаемого сигнала с аналого-цифровыми преобразователями, выходы которых однонаправленными шинами соединены со входами дециматоров, выходы дециматоров однонаправленными шинами соединены со вторым коммутатором, гидрофоны излучающей антенны обнаружения мин, и гидрофоны излучающей антенны звукового диапазона соединены однонаправленными шинами с выходами усилителей излучаемого сигнала с цифро-аналоговыми преобразователями,. входы которых однонаправленными шинами соединены с выходами процессоров цифровой обработки сигнала, установленных в каналах излучения, входы процессоров цифровой обработки сигналов второй шиной управления соединены с первым коммутатором, гидрофоны каждой антенны звукоподводной связи соединены двунаправленными шинами со входами усилителей принимаемого сигнала с аналого-цифровыми преобразователями и выходами усилителей излучаемого сигнала с цифро-аналоговыми преобразователями, выходы усилителей принимаемого сигнала с аналого-цифровыми преобразователями и входы усилителей излучаемого сигнала с
цифро-аналоговыми преобразователями соединены двунаправленной шиной с первым коммутатором, антенны звукоподводной связи расположены на носовой, кормовой поверхностях ограждения рубки и боковых поверхностях подводной лодки, первый и второй коммутаторы соединены двунаправленной шиной, диапазоны рабочих частот излучающей антенны звукового диапазона, приемной антенны звукового диапазона, антенн звукоподводной связи совпадают, диапазоны рабочих частот антенн блока обнаружения мин и антенн обнаружения гидроакустических сигналов размещенных в носовой и боковых поверхностях ограждения рубки совпадают, а диапазон рабочих частот антенны обнаружения гидроакустических сигналов размещенной в кормовой части ограждения рубки более широкий, зоны обзора антенн блока обнаружения мин и антенны обнаружения гидроакустических сигналов, установленной в носовой части ограждения рубки совпадают, зоны обзора приемной антенны звукового диапазона, излучающей антенны звукового диапазона и антенн звукоподводной связи установленных на носовой поверхности ограждения рубки и боковых поверхностях подводной лодки совпадают, первый и второй коммутаторы и соединяющая их двунаправленная шина, информационно-управляющая магистраль, первая и вторая шины управления, двунаправленная шина, соединяющая входы усилителей излучаемого сигнала с цифро-аналоговыми преобразователями и выходы усилителей принимаемого сигнала с аналого-цифровыми преобразователями, взаимодействующие с антеннами
звукоподводной связи, выполнены дублированными, группы процессоров цифровой обработки принимаемых сигналов и процессоров формирования характеристик направленности имеют резервные процессоры, процессоры цифровой обработки сигналов, установленные в каналах излучения, имеют многоканальную параллельную архитектуру, соответствующую числу гидрофонов излучающей антенны звукового диапазона и гидрофонов излучающей антенны миноискания.
Блок схема гидроакустического комплекса подводной лодки изображена на фиг.1, размещение элементов комплекса на подводной лодки изображено на фиг.2.
На фиг.1, фиг.2 обозначены:
1 - пульты оператора;
2 - цифровые вычислительные машины (ЦВМ);
3 - первый коммутатор;
4 - процессор цифровой обработки принимаемых сигналов (ПЦОПС);
5 - процессор цифровой обработки излучаемых сигналов (ПЦОИС);
6 - процессор формирования характеристик направленности (ПЦ ФХН);
7 - второй коммутатор;
8 - дециматор;
9 - усилитель принимаемого сигнала с цифро-аналоговым преобразователем (усилитель принимаемого сигнала с АЦП);
10 - усилитель излучаемого сигнала с цифро-аналоговым преобразователем (усилитель излучаемого сигнала с ЦАП);
11 - приемная антенна звукового диапазона;
12 - гибкая буксируемая антенна с кабель-тросом;
13 - лебедка;
14 - антенна обнаружения гидроакустического сигнала;
15 - приемная антенна обнаружения мин;
16 - излучающая антенна обнаружения мин;
17 - излучающая антенна звукового диапазона;
18 - антенна звукоподводной связи;
19 - элементы батитермического контроля;
20 - информационно-управляющая магистраль;
21, 22, 24, 25, 38, 40, 48 - двунаправленные шины;
23, 26, 27, 28, 30...36, 39 - однонаправленные шины;
29 - первая шина управления;
37 - вторая шина управления;
41 - обтекатель приемной антенны звукового диапазона;
42 - носовая поверхность подводной лодки;
43 - боковые поверхности подводной лодки;
44 - носовая поверхность ограждения рубки;
45 - бортовые поверхности ограждения рубки;
46 - кормовая поверхность ограждения рубки;
47 - обтекатель излучающей антенны звукового диапазона.
Пульты оператора 1 содержат мониторы, цифровые вычислительные машины, органы управления, при этом каждый пульт соединен первым входом/выходом двунаправленной шиной 21 с двунаправленной информационно-управляющей магистралью 20, вторым входом/выходом подключен двунаправленной шиной 22 к соответствующему входу
информационной системы высшего уровня объекта, а третий вход/выход через однонаправленную шину 23 является входом управления (оператор).
ЦВМ подключены двунаправленными шинами 24 и 25 к информационно-управляющей магистрали 20 и первому коммутатору 3, ПЦОПС 4 установлены в каналах приема сигнала и предназначены для обработки принимаемого сигнала, их выходы однонаправленными шинами 26, соединены с первым коммутатором 3. Первые входы всех ПЦОПС 4 соединены первой шиной управления 29 с первым коммутатором 3, а вторые входы соединены однонаправленной шиной 27 с выходом ПЦ ФХН 6, входы которых однонаправленной шиной 28 соединен со вторым коммутатором 7.
Гидрофоны приемной антенны звукового диапазона 11 и буксируемой антенны 12 соединены однонаправленными шинами 30 со входами усилителей принимаемого сигнала с АЦП 9, выходы которых соединены однонаправленными шинами 31 со вторым коммутатором 7.
Приемная антенна звукового диапазона 11 установлена под обтекателем 41 носовой поверхности 42 и прилегающим к ней боковым поверхностям 43 подводной лодки и выполнена по отношению к этим поверхностям квазиконформной, что обеспечивает исключение возможности появления переотражения от обтекателя антенны и позволяет максимально увеличить площадь поверхности антенны.
Буксируемая антенна 12 снабжена лебедкой 13, что обеспечивает возможность изменения положения антенны относительно корпуса лодки.
Антенны обнаружения гидроакустического сигнала 14 установлены в носовой 44, двух бортовых 45 и кормовой 46 поверхностях ограждения рубки подводной лодки, при этом решетка с гидрофонами каждой антенны выполнена плоской и установлена конформно относительно соответствующих поверхностей подводной лодки.
Блок обнаружения мин выполнен в виде излучающей антенны 16 и приемных антенн 15. Решетка с гидрофонами каждой антенны выполнена плоской. Антенны размешены на носовой оконечности подводной лодки
41 с двух сторон относительно вертикальной плоскости симметрии подводной лодки.
Гидрофоны антенн обнаружения гидроакустических сигналов 14 и гидрофоны приемных антенн обнаружения мин 15 соединены однонаправленными шинами 32 со входами усилителей принимаемого сигнала с АЦП 9, выходы которых однонаправленными шинами 33 соединены со входами дециматоров 8, выходы дециматоров 8 однонаправленными шинами 34 соединены со вторым коммутатором 7.
Излучающая антенна звукового диапазона 17 имеет цилиндрическую поверхность решетки гидрофонов. Она установлена под обтекателем 47 на носовой оконечности ограждения рубки подводной лодки, при этом образующие цилиндрической поверхности параллельны вертикальной оси подводной лодки. Зона облучения антенны 17 совпадает с зоной обзора антенны 11.
Гидрофоны излучающей антенны блока обнаружения мин 16 и излучающей антенны звукового диапазона 17 соединены однонаправленными шинами 35 с выходами усилителей излучаемого сигнала с ЦАП 10, входы которых однонаправленными шинами 36 соединены с выходами ПЦОИС 5, установленных в каналах излучения и предназначенных для формирования излучаемого сигнала.
Гидрофоны антенн звукоподводной связи 18 соединены с выходами усилителей излучаемого сигнала с ЦАП 10 и входами усилителей принимаемого сигнала с АЦП 9 двунаправленными шинами 38. Выходы усилителей принимаемого сигнала с АЦП 9 и входы усилителей излучаемого сигнала с ЦАП 10 соединены двунаправленной шиной 48 с первым коммутатором 3. Антенны звукоподводной связи 18 установлены на носовой и кормовой поверхностях ограждения рубки и двух боковых поверхностях подводной лодки.
Выходы элементов батитермического контроля 19 соединены однонаправленной шиной 39 с первым коммутатором 3. Элементы
батитермического контроля размещены на носовой поверхности ограждения рубки подводной лодки.
Диапазоны рабочих частот излучающей антенны звукового диапазона 17, приемной антенны звукового диапазона 11, антенн звукоподводной связи 18 совпадают, диапазоны рабочих частот антенн блока обнаружения мин 15, 16 и антенн обнаружения гидроакустических сигналов 14, размещенных в носовой и боковых поверхностях ограждения рубки совпадают, а диапазон рабочих частот антенны обнаружения гидроакустического сигнала 14, размещенной в кормовой поверхности ограждения рубки имеет более широкий диапазон, зоны обзора антенн 15, 16 блока обнаружения мин и антенны обнаружения гидроакустических сигналов 14, установленной на носовой поверхности ограждения рубки, совпадают, зона обзора приемной антенны звукового диапазона 11, зона облучения излучающей антенны звукового диапазона 17 и антенн звукоподводной связи 18, установленных на носовой части рубки и боковых поверхностях подводной лодки совпадают.
Первый и второй коммутаторы 3, 7 и соединяющая их двунаправленная шина 40, информационно-управляющая магистраль 20, первая и вторая шины управления 29, 37, двунаправленная шина 38, соединяющая входы усилителей излучаемого сигнала с ЦАП 10 и выходы усилителей принимаемого сигнала с АЦП 9, взаимодействующие с антеннами звукоподводной связи 18, выполнены дублированными, группы ПЦОПС 4 и ПЦОИС 5 имеют резервные процессоры, ПЦОИС 5, установленные в
каналах излучения, имеют многоканальную параллельную архитектуру, соответствующую числу гидрофонов излучающей антенны звукового диапазона 17 и гидрофонов излучающей антенны миноискания 16.
Гидроакустический комплекс работает следующим образом.
В исходном состоянии с пульта оператора 1 после выполнения опроса работоспособности состояния всех компонентов комплекса, устанавливают рабочую исходную конфигурацию ЦВМ 2, коммутатору 3, ПЦОПС 4. ПЦОИС 5, ПЦ ФХН 6, второму коммутатору 7 по связям 20, 24, 25, 29, 37, 38, 40, 48, обеспечивая прохождение сигналов в приемных и передающих трактах. ПЦ ФХН 6 и ПЦОПС 4 установлены в исходное состояние так что, данные от антенн 11, 12, 14, 15 с соответствующим признаком через коммутатор 7 поступают к назначенному ПЦ ФХН 6, обеспечивающему формирование заданной зоны обзора, далее сигналы поступают на вход назначенным ПЦОПС 4, завершающим первичную обработку. Так как диапазоны частот каналов приема сигналов от приемной антенны обнаружения мин 15 и антенн обнаружения гидроакустического сигнала 14 отличаются от диапазона частот приемной антенны звукового диапазона 11 и буксируемой антенны 12, то дециматоры 8, установленные в высокочастотных каналах, обеспечивают прореживание, т.е. изменение частотного диапазона, с тем, чтобы унифицировать работу ПЦ ФХН 6 и ПЦОПС 4 для разных систем.
Аналогично ПЦОИС 5 назначен режим излучения (контроля) в соответствующем направлении, либо работе на эквивалент и т.д., так что ПЦОИС 5 решает задачу диаграммоформирования на передачу.
Вторичная обработка информации: трассовые, сопровождение, классификация выполняется ЦВМ 2.
Третичная обработка: комплексирование информации от всех режимов, экспертная оценка, отображение, документирование, а также управление
выполняются с пультов оператора 1, которые содержат мониторы, клавиатуру, органы управления и встроенную ЭВМ.
Включение приемного или излучающего режима антенн звукоподводной связи 18, а также усилителя принимаемого сигнала с АЦП 9 или усилителя излучаемого сигнала с ЦАП 10 производится по двунаправленной шине 38.
Элементы гидроакустического комплекса, показанные на фиг.1, имеют следующие характерные особенности.
Коммутаторы 3, 7 содержат управляющие процессоры и интерфейсные модули. Усилители принимаемого сигнала с АЦП 9 содержат входные коммутаторы принятого и эталонного сигналов, усилители, полосовые фильтры, аналого-цифровые преобразователи, входы управления коэффициентом усиления, режимом и т.д.
Усилители излучаемого сигнала с ЦАП 10 содержат на входе цифро-аналоговые преобразователи.
Отраженные (обратные) сигналы, излучаемые антеннами звукоподводной связи 18, излучающей антенной звукового диапазона 17 могут приниматься приемной антенной звукового диапазона 11, т.к. их рабочие диапазоны частот совпадают. Отраженные сигналы, излучаемые излучающей антенны 16 блока обнаружения мин, могут приниматься приемными антеннами 15 блока обнаружения мин и антеннами обнаружения гидроакустического сигнала 14. Отраженные сигналы от цели, излученные антенной звукового диапазона 17, могут приниматься антеннами звукоподводной связи 18. Сигналы звукоподводной связи других подводных лодок могут приниматься на приемную антенну звукового диапазона 11 и антенну обнаружения гидроакустических сигналов 14, размещенную в кормовой части ограждения рубки. Излученный сигнал звукоподводной связи из антенны 18 можно принимать на приемную антенну звукового диапазона 11, что увеличивает надежность связи. Зона обзора антенн 14 и 18 обеспечивают круговой обзор подводной лодки.
При работе устройства возможно возникновение отказа какого-либо элемента комплекса.
При отказе одного из пультов 1, или одной дублированной двунаправленной информационно-управляющей магистрали 20, или одного из дублированных коммутаторов 3, 7, или одной из дублированных шин управления 29, 37, или одной из дублированных двунаправленных шин 38, 40, 48, происходит автоматическое переключение на резервный элемент 20, 3, 7, 29, 37, 38, 40, 48. При отказе одной из ЭВМ 2, одного из ПЦ ФХН 6, одного из ПЦОПС 4 происходит подключение резервных ЭВМ 2, одного из ПЦ ФХН 6, ПЦОПС 4 (скользящий резерв). Отказ нескольких элементарных каналов приемного тракта звукового диапазона 11, 30, 9, 31 или каналов обнаружения гидроакустических сигналов 14, 32, 9, 33, 8, 34 или каналов приемных антенн обнаружения мин 15, 32, 9, 33, 8, 34 или буксируемой антенны 12, 30, 9, 31 не приводит к отказу комплекса. Отказ нескольких каналов в трактах излучения звукового диапазона в элементах 5, 36, 10, 35, 17 или в элементах обнаружения мин 5, 36, 10, 35, 16 не приводит к отказу комплекса.
Отказ одной из антенн звукоподводной связи 18 возможно компенсировать в носовом и бортовых направлениях с помощью излучающей 17 и приемной антенны звукового диапазона 11.
Кроме одиночных отказов элементов, комплекс сохраняет работоспособность при многократных отказах в трактах и групповых отказах (в разных трактах). Так, например, при отказе одного пульта оператора 1, одной шины информационно-управляющей магистрали 20, одной ЭВМ 2, нескольких гидрофонов приемной антенны звукового диапазона 11, одного из коммутаторов 3, 7, одного ПЦОПС 4, одного ПЦ ФХН 6, не последовательно включенного с отказавшим ПЦОПС 4, групп дециматоров 8, усилителей с АЦП 9, группы гидрофонов антенн 11, 12, 14, 15, группы каналов ПЦОИС 5, группы каналов усилителей с ЦАП 10, группы гидрофонов излучающей антенны обнаружения мин 16, излучающей
антенны звукового диапазона 17, антенн звукоподводной связи 18 (кроме кормовой) комплекс сохраняет работоспособность.
Таким образом, совмещение диапазонов рабочих частот различных трактов комплекса, соответствующее расположение антенн на подводной лодке, унификация форматов входных данных и видов обработки данных на каждом уровне обработки информации, введение резервирования (дублирование и «скользящий резерв») обеспечивает увеличение надежности функционирования гидроакустического комплекса.