ГИДРОАКУСТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ НАДВОДНЫХ КОРАБЛЕЙ

Известны гидроакустические комплексы (ГАК) [1] для надводных кораблей с цилиндрической акустической приемо-излучающей антенной, размещенной в бульбовом обтекателе корабля. Недостатком этих ГАК является ограничение функциональных возможностей, обусловленное ограничением сектора обзора, так как антенны, расположенные в бульбовом обтекателе, как правило, не могут обеспечить поиск цели в кормовом секторе углов обзора, поскольку в тыльной части обтекателя располагается звуконепроницаемый экран - коффердам, защищающий антенну от шума винтов носителя [1, 2].
Кроме того, в сложных гидрологических условиях, например, при наличии слоев воды с большими температурными градиентами, или в условиях отрицательной рефракции снижается эффективность обнаружения глубоководных целей с использованием антенн, расположенных в приповерхностном слое, т.е. в бульбовом обтекателе гидролокаторов надводных кораблей.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели аналогом является ГАК для надводных кораблей [3], содержащий размещенные в бульбовом обтекателе первую цилиндрическую акустическую антенну с низкочастотными электроакустическими преобразователями и вторую цилиндрическую акустическую антенну с высокочастотными электроакустическими преобразователями, тракт излучения, включающий последовательно соединенные задающий генератор, блок усилителей мощности и антенный коммутатор, первые выходы которого соединены с входами первого блока согласующих устройств, а вторые выходы соединены с входами второго блока согласующих устройств, а также содержащий первый тракт приема сигналов, включающий последовательно соединенные первый блок коммутации прием-передача, первый блок предварительных усилителей, первую систему первичной обработки и систему вторичной обработки, при этом первые входы первого блока коммутации прием-передача соединены с выходом первого блока согласующих устройств, а вторые входы подсоединены к выходам электроакустических преобразователей первой цилиндрической акустической антенны, также содержащий второй тракт приема сигналов, включающий последовательно
соединенные второй блок коммутации прием-передача, второй блок предварительных усилителей и вторую систему первичной обработки, выход которой соединен со вторым входом системы вторичной обработки, причем первые входы второго блока коммутации прием-передача соединены с выходом второго блока согласующих устройств, а вторые его входы подсоединены к выходам электроакустических преобразователей второй цилиндрической акустической антенны, также содержащий пульт управления и индикации, первый и второй информационные входы которого подключены к информационным выходам первого и второго трактов приема сигналов соответственно, а выходы управления подключены к соответствующим входам управления тракта излучения, первого и второго трактов приема сигналов.
Недостатком данного ГАК (прототипа) также является снижение функциональных возможностей, обусловленное ограничением сектора обзора и снижением эффективности в сложных гидрологических условиях.
Техническим результатом от использования предлагаемой полезной модели является расширение функциональных возможностей ГАК для надводных кораблей - увеличение сектора обзора, повышение эффективности поиска цели в сложных гидрологических условиях.
Для достижения указанного технического результата в гидроакустический комплекс для надводных кораблей, содержащий размещенные в бульбовом обтекателе первую цилиндрическую акустическую антенну с низкочастотными электроакустическими преобразователями и вторую цилиндрическую акустическую антенну с высокочастотными электроакустическими преобразователями, тракт излучения, включающий последовательно соединенные задающий генератор, блок усилителей мощности и антенный коммутатор, первые выходы которого соединены с входами первого блока согласующих устройств, а вторые выходы соединены с входами второго блока согласующих устройств, а также содержащий первый тракт приема сигналов, включающий последовательно соединенные первый блок коммутации прием-передача, первый блок предварительных усилителей, первую систему первичной обработки и систему вторичной обработки, при этом первые входы первого блока коммутации прием-передача соединены с выходом первого блока согласующих устройств, а вторые входы подсоединены к выходам электроакустических преобразователей первой цилиндрической акустической антенны, также содержащий второй тракт приема сигналов, включающий последовательно
соединенные второй блок коммутации прием-передача, второй блок предварительных усилителей и вторую систему первичной обработки, выход которой соединен со вторым входом системы вторичной обработки, причем первые входы второго блока коммутации прием-передача соединены с выходом второго блока согласующих устройств, а вторые его входы подсоединены к выходам электроакустических преобразователей второй цилиндрической акустической антенны, также содержащий пульт управления и индикации, первый и второй информационные входы которого подключены к информационным выходам первого и второго трактов приема сигналов соответственно, а выходы управления подключены к соответствующим входам управления тракта излучения, первого и второго трактов приема сигналов, введены новые отличительные признаки, а именно:
- первая цилиндрическая акустическая антенна и первый блок коммутации прием-передача размещены в буксируемом носителе и соединены с трактом излучения и трактом приема сигналов через кабель-буксир;
- дополнительно в первый тракт приема сигналов введены последовательно соединенные модулятор и демодулятор, причем входы модулятора, размещенного в буксируемом носителе, соединены с выходами первого блока коммутации прием-передача, а выходы демодулятора, соединены с входами первого блока предварительных усилителей.
Указанные технические результаты достигаются размещением первой цилиндрической антенны и ряда других устройств в буксируемом носителе, связанном с кораблем-носителем кабель-буксиром. Благодаря этому ГАК получает дополнительные возможности, свойственные гидролокатору надводных кораблей с антеннами переменной глубины (АПГ) [1, с.188].
Действительно, размещение антенны в буксируемом теле обтекаемой формы на некоторой (допустимой по условиям плавания) глубине решает задачу повышения эффективности в сложных гидрологических условиях, например, за счет расположения антенны ниже градиента («скачка») скорости звука, а также обеспечивает поиск в кормовом секторе обзора. Дополнительным преимуществом является снижение уровня составляющих помехи на входе антенны ГАК, обусловленных шумами волнующейся поверхности моря и шумами корабля-носителя (за счет заглубления антенны и удаления ее от носителя при буксировке).
Сущность полезной модели поясняется фигурой 1, на которой представлена блок-схема предлагаемого ГАК.
Предлагаемая полезная модель содержит первую цилиндрическую акустическую антенну 1, размещенную в буксируемом носителе 2, вторую цилиндрическую акустическую антенну 3, размещенную в бульбовом обтекателе, тракт излучения 4, включающий последовательно соединенные задающий генератор 5, блок 6 усилителей мощности, антенный коммутатор 7, первый блок 8 и второй блок 9 согласующих устройств, при этом первые и вторые выходы антенного коммутатора 7 соединены соответственно с входами первого 8 и второго 9 блоков согласующих устройств, первый 10 тракт приема сигналов, включающий последовательно соединенные первый блок 11 коммутации прием-передача и модулятор 12, размещенные в буксируемом носителе 2, демодулятор 13, первый блок 14 предварительных усилителей, первую систему 15 первичной обработки и систему 16 вторичной обработки, причем первые входы первого блока 11 коммутации прием-передача соединены с выходом первого блока 8 согласующих устройств, а вторые входы подсоединены к выходам электроакустических преобразователей первой цилиндрической акустической антенны 1.
ГАК (фиг.1) также содержит второй тракт 17 приема сигналов, включающий последовательно соединенные второй блок 18 коммутации прием-передача, второй блок 19 предварительных усилителей, вторую систему 20 первичной обработки, выход которой соединен с вторым входом системы 16 вторичной обработки, при этом первые входы второго блока 18 коммутации прием-передача соединены с выходом второго блока 9 согласующих устройств, а вторые входы подсоединены к выходам электроакустических преобразователей второй цилиндрической акустической антенны 3.
ГАК (фиг.1) также содержит пульт 21 управления и индикации, выходы управления которого подключены к соответствующим входам управления тракта 4 излучения, первого 10 и второго 17 трактов приема сигналов (на фиг.1 указанные связи не показаны ввиду общепринятого подхода к функциональному назначению пультов управления и с целью упрощения блок-схемы). Аналогичным образом информационные входы пульта 21 управления и индикации соединены с информационными выходами тракта 4 излучения, первого 10 и второго 17 трактов приема сигналов (по тем же причинам на фиг.1 не показаны).
Цилиндрические акустические антенны 1 и 3 могут быть укомплектованы широко применяемыми стержневыми электроакустическими преобразователями, в том числе и широкополосными или двухрезонансными [4, 5], что позволит использовать одинаковые конструкции антенн как на низкой, так и на высокой частоте для излучения и приема сигналов.
Буксируемый носитель 2 выполнен из звукопрозрачного материала, при этом расположение устройств внутри носителя не должно создавать препятствий для приема и излучения сигналов.
Все блоки и устройства, кроме дополнительно введенных модулятора и демодулятора, могут быть исполнены аналогичным образом также как в ГАК-прототипе, их описания приведены в известной литературе [6].
Модуляция и демодуляция сигналов в многоканальных системах широко используются для сокращения числа каналов передачи информации [7, 8]. Модуляторы могут быть построены по принципу частотной модуляции и последующей узкополосной фильтрацией в демодуляторе. Блоки модуляции и демодуляции могут быть реализованы также с использованием цифровой телеметрической системы [6] на основе стандартных протоколов обмена (RS-232, RS-485, Манчестер и др.).
Блоки 8 и 9 согласующих устройств обеспечивают согласование выходов усилителей 6 мощности с емкостной нагрузкой электроакустических преобразователей, но одновременно могут решать задачи введения соответствующих временных задержек в каналы усилителей мощности для обеспечения направленного излучения как на низкой, так и на высокой частоте с помощью соответствующих коммутаторов.
Блоки предварительных усилителей решают задачи усиления, фильтрации сигналов, поступающих от электроакустических преобразователей антенн, а также могут содержать аналого-цифровые преобразователи, если системы первичной и вторичной обработки построены на микропроцессорной элементной базе.
Работа предлагаемой полезной модели определяется задачами, решаемыми кораблем в конкретной тактической ситуации.
При решении задач поиска ПЛ на больших дистанциях, в сложных гидрологических условиях, например, под слоем скачка скорости звука, целесообразно использование АПГ ГАК. При поиске ПЛ или торпед в приповерхностном канале целесообразно использовать антенну в бульбовом обтекателе. Эту же антенну целесообразно использовать и для решения задач
освещения ближней обстановки, например, при плавании в узкостях, на мелководье, где требуется обнаружение как крупных объектов (затонувшие суда, скалы и пр.), так и малых объектов (миноподобные объекты).
Работа предлагаемого ГАК.
В зависимости от решаемой задачи оператор производит с помощью пульта 21 включение типа зондирующих сигналов, формируемых задающим генератором 5, соответствующего диапазона частот работы блоков 6 усилителей мощности, блока 9 согласующих устройств. При работе тракта излучения на вторую цилиндрическую акустическую антенну 3 с помощью антенного коммутатора 7 выходы блока 6 усилителей мощности подключаются к выходам второго блока 9 согласующих устройств.
При запуске цикла излучение-прием начинается формирование зондирующих сигналов в задающем генераторе 5, которые усиливаются в блоке 6 усилителей мощности, далее через антенный коммутатор 7, второй блок 9 согласующих устройств, второй блок 18 коммутации прием-передача поступают на электроакустические преобразователи второй цилиндрической акустической антенны 3 и излучаются в водную среду.
После окончания излучения второй блок 18 коммутации прием-передача переключается на прием сигналов от второй антенны 3.
Акустические сигналы (в том числе и эхосигналы цели) преобразуются акустическими преобразователями второй цилиндрической акустической антенны 3 в электрические сигналы и через блок 18 коммутации прием-передача поступают на входы блоков 19 предварительных усилителей, где производится их усиление, фильтрация. В современной терминологии в блоках 19 реализуется система предварительной обработки сигналов [1, с.237]. Как уже указывалось, здесь же может быть выполнено и аналого-цифровое преобразование сигналов, которые далее поступают на входы системы 20 первичной обработки.
В системе 20 первичной обработки сигналов [1, с.239] решаются задачи формирования пространственно-частотных спектров, максимизации отношения сигнал-помеха, выделение огибающих и пороговая обработка. Затем информация об обнаруженных сигналах поступает на вход системы 16 вторичной обработки.
В системе 16 вторичной обработки [1, с.252] решаются задачи классификации обнаруженных сигналов, автоматического сопровождения целей, определения их координат и параметров движения, формирования трасс
движения целей и их анализ, а также подготовка информации к отображению на экранах пульта 21 управления и индикации.
Работа предлагаемой полезной модели с АПГ осуществляется следующим образом.
По результатам замера распределения скорости звука по глубине в районе плавания и расчета зон обнаружения оператор определяет оптимальную глубину буксировки АПГ.
Затем с помощью корабельного спуско-подъемного устройства, используя кабель-буксир, закрепленный на буксируемом носителе 2, оператор опускает буксируемый носитель 2 на выбранную глубину.
Для решения задачи обнаружения в режиме гидролокации оператор устанавливает с помощью пульта 21 управления и индикации требуемые режимы излучения и обработки эхосигналов. При этом с помощью антенного коммутатора 7 выходы блока 6 усилителей мощности подключаются к выходам первого блока 8 согласующих устройств.
При запуске цикла излучение-прием начинается формирование зондирующих сигналов в задающем генераторе 5, которые усиливаются в блоке 6 усилителей мощности, далее через антенный коммутатор 7, первый блок 8 согласующих устройств, первый блок 11 коммутации прием-передача поступают на электроакустические преобразователи первой цилиндрической акустической антенны 1 и излучаются в водную среду.
После окончания излучения первый блок 11 коммутации прием-передача переключается на прием сигналов от антенны 1.
Акустические сигналы (в том числе и эхосигналы цели) преобразуются акустическими преобразователями первой цилиндрической акустической антенны 1 в электрические сигналы и через блок 11 коммутации прием передача поступают на вход модулятора. В модуляторе сигнал с каждого преобразователя модулируется (преобразуется) своей более высокой частотой, модулированные сигналы всех приемных каналов смешиваются и передаются по кабель-буксиру на вход демодулятора 13. В демодуляторе 13 с помощью узкополосных фильтров выделяются огибающие каждого сигнала и тем самым восстанавливаются исходные сигналы приемных каналов.
Затем с выхода демодулятора 13 сигналы поступают на входы первого блока 14 предварительных усилителей, где производится их усиление, фильтрация и, при необходимости, преобразование в цифровую форму. Далее
обработка сигналов в системе 13 первичной обработки и системе 16 вторичной обработки, индикация обнаружения в пульте 21 управления и индикации производятся аналогично работе ГАК с использованием второй цилиндрической акустической антенны 3 (в том числе и в режимах шумопеленгования, обнаружения гидроакустических сигналов и др.).
Заявляемая полезная модель ГАК может быть использована при модернизации имеющихся ГАК надводных кораблей.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Корякин Ю.А., Смирнов С.А., Яковлев Г.В. Корабельная гидроакустическая техника. Состояние и актуальные проблемы. Гидроакустика на рубеже XX и XXI столетий. Санкт-Петербург, Наука, 2004.
2. Р.Дж.Урик «Основы гидроакустики», пер.с англ., Л.: Судостроение, 1978 г.
3. Гидроакустический комплекс для надводных кораблей. Описание полезной модели к патенту РФ №RU 41881 U1, G01S 15/00. Бюл. №31. 2004.
4. Гидроакустический преобразователь для многоэлементной антенны. Патент РФ №2121771 от 18.06.96 г.
5. Гидроакустический стержневой преобразователь. Патент РФ №2270533 от 19.04.2004.
6. Применение цифровой обработки сигналов. Под ред. Оппенгейма. М.: «Мир», 1980.
7. Ван Трис Г. Теория обнаружения, оценок и модуляции. Том П. Теория нелинейной модуляции. Нью-Йорк. 1971. Пер. с англ., под ред. Проф. В.Т.Горяинова. М., «Сов. радио», 1975.
8. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. Часть II. М., Сов. радио, 1967.