ИМИТАТОР ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Полезная модель относится к области гидроакустики и может быть использована в процессе испытаний гидроакустических станций (ГАС) различного назначения.
В настоящее время в процессе настройки, регулировки и испытаний ГАС используются имитаторы гидроакустических сигналов [1]. Подобный подход позволяет проводить испытания в контролируемых условиях, сократить их продолжительность и стоимость.
Известны имитаторы отраженных сигналов допплеровского лага [2-4], имитаторы сигналов гидроакустических маяков-ответчиков [5, 6], имитатор сигналов радиогидроакустического буя [7].
Известен имитатор шумов морских целей, входящий в состав гидроакустического шумопеленгатора, включающий в себя блок памяти шумов подводных лодок (ПЛ), блок памяти шумов надводных кораблей (НК), блок памяти шумов торпед (Т), блок памяти шумов летательных аппаратов (ЛА), блок памяти шумов гражданских судов (ГС), блок памяти шумов обитателей моря, а также первый переключатель, вход которого соединен с выходом блоков памяти шумов ПЛ, шумов НК, шумов Т, шумов ЛА, шумов ГС и шумов обитателей моря [8].
Такой имитатор позволяет оценить дальность действия гидроакустического шумопеленгатора путем использования имитируемых шумов морских целей в виде электрических сигналов с нормированным затуханием при распространении на фоне реальных помех, в том числе и принимаемых из среды.
Известный имитатор сигналов наиболее близок к предлагаемому по технической сущности и, вследствие этого, принят за прототип.
Имитатор прототип имеет следующие недостатки:
- имитатор прототип не позволяет излучать имитируемые шумы морских целей в среду, т.е. имитировать акустические сигналы;
- оценка дальности шумопеленгатора, полученная с его помощью, недостаточно достоверна из-за приблизительности расчета затухания шумов при распространении;
- заранее записанные в устройство шумы морских целей не могут исчерпать всего их многообразия при разных скоростях и угловых аспектах наблюдения за морской целью, что может быть компенсировано синтезом шумов.
Задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей имитатора сигналов.
Техническим результатом полезной модели является обеспечение возможности излучать имитатором гидроакустических сигналов в водную среду разнообразные сигналы (шумы и эхосигналы), имитирующие морские цели и воздействующие на шумопеленгатор или гидролокатор по гидроакустическому каналу для оценки дальности их действия.
Для достижения указанного технического результата в известный имитатор гидроакустических сигналов, содержащий имитатор шумов морских целей, включающий блок памяти шумов подводных лодок (ПЛ), блок памяти шумов надводных кораблей (НК), блок памяти шумов торпед (Т), блок памяти шумов летательных аппаратов (ЛА), блок памяти шумов гражданских судов (ГС), блок памяти шумов обитателей моря, а также первый переключатель, вход которого выполнен с возможностью соединения с выходами блоков памяти шумов ПЛ, шумов НК, шумов Т, шумов ЛА, шумов ГС и шумов обитателей моря, введены новые признаки, а именно: в состав имитатора шумов морских целей введен блок синтеза шумов, выход которого выполнен с возможностью подключения ко входу первого переключателя, а в имитатор гидроакустических сигналов введены имитатор вторичного поля морских целей, содержащий последовательно ^соединенные приемную гидроакустическую антенну, приемный тракт, тракт обнаружителя сигналов, блок имитации силы, скорости и формы цели, второй переключатель, блок архивирования, излучающий тракт, содержащий последовательно соединенные блок учета частотной характеристики в излучении, усилитель мощности и излучающую гидроакустическую антенну, также введен блок отображения информации и управления, при этом вход второго переключателя выполнен с возможностью подключения к выходу имитатора вторичного поля и к выходу первого переключателя, при этом первый и второй выходы второго переключателя соединены с входом блока архивирования и входом излучающего тракта соответственно, причем блок отображения и управления информацией соединен информационной шиной с информационными входами блоков имитатора шумов морских целей, блоков излучающего тракта, информационным входом блока архивирования, информационными входами имитатора вторичного поля, а также с информационными входами первого и второго переключателей
Сущность предложенной полезной модели поясняется фиг.1, на которой приведена блок-схема предлагаемого имитатора гидроакустических сигналов.
Имитатор гидроакустических сигналов содержит имитатор 1 шумов морских целей, в состав которого входят блок 2 памяти шумов ПЛ, блок 3 памяти шумов НК, блок 4 памяти шумов торпед, блок 5 памяти шумов летательных аппаратов, блок 6 памяти шумов гражданских судов, блок 7 памяти шумов обитателей моря, блок 8 синтеза шума, а также первый переключатель 10, вход которого выполнен с возможностью подключения к выходам блоков 2÷8. Имитатор вторичного поля 11, содержит последовательно соединенные приемную гидроакустическую антенну 12, приемный тракт 13, блок 14 обнаружения сигнала и блок 15 имитации силы, скорости и формы цели. Вход второго переключателя 16 выполнен с возможностью подключения к выходу имитатора вторичного поля 11 или к выходу первого переключателя 10, а первый и второй выходы второго переключателя 16 соединены с входом блока архивирования 9 и входом излучающего тракта 17 соответственно. Излучающий тракт 17 содержит последовательно соединенные блок 18 учета частотной характеристики чувствительности в излучении, усилитель 19 мощности, излучающую гидроакустическую антенну 20. Блок 21 отображения информации и управления соединен информационной шиной с информационными входами блоков имитатора гидроакустических сигналов.
Наиболее прогрессивной является реализация структурной схемы имитатора сигналов в виде программы на цифровом вычислительном комплексе (ЦВК), при аппаратной реализации тех блоков, которые не могут быть реализованы программно (приемная гидроакустическая антенна 12, усилитель мощности 19, излучающая гидроакустическая антенна 20). При этом предполагается, что приемная гидроакустическая антенна имеет на выходе аналого-цифровой преобразователь (АЦП), а усилитель мощности имеет на входе цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП).
Блоки реализованы следующим образом:
- блоки памяти шумов морских целей реализованы как записи соответствующих массивов шумов на дисковом накопителе ЦВК;
- блок 8 синтеза шумов реализован в виде программы, управляемой посредством интерфейса оператора;
- первый переключатель 10 реализован как совокупность элементов интерфейса оператора по выбору вида имитируемых шумов морских целей;
- второй переключатель 16 реализован как совокупность элементов интерфейса оператора по выбору режима работы (имитация шумов морских целей или имитация вторичного поля морских целей);
- приемный тракт 13 организован как часть программы по приему входной информации в ЦВК;
- тракт обнаружения 14 выделяет огибающую зондирующего сигнала гидролокатора и во время наличия сигнала в приемном тракте 13 производит запись массива сигнала в память ЦВК;
- преобразование принятого сигнала перед переизлучением производится в блоке 15 имитации силы, скорости и формы цели, который представляет совокупность элементов интерфейса управления и программу преобразования цифрового массива сигнала. Имитация вторичного поля морской цели производится как переизлучение принятого сигнала с предварительным изменением его параметров. Изменение амплитуды переизлученного импульса по отношению к амплитуде принятого импульса характеризует имитируемую силу цели, изменение несущей частоты - имитируемую скорость цели, задержка до переизлучения - имитируемую дистанцию до цели, наличие бликовой структуры в излученном сигнале характеризует имитируемую форму цели;
- блок 21 отображения информации и управления представляет собой экран пользовательского интерфейса на мониторе ЦБК, на котором приведены органы управления имитатором и элементы отображения информации о включенном режиме работы и параметрах имитируемых сигналов;
- блок 9 архивирования представляет собой программу по регистрации текстовой информации (текущее время, наименование включенного режима работы, параметры имитируемых сигналов) и сигнальной информации в виде записи цифровых массивов сигналов, принятых и излученных имитатором гидроакустических сигналов;
- блок 18 учета частотной характеристики чувствительности в излучении реализован в виде программного цифрового фильтра с амплитудно-частотной характеристикой, обеспечивающей выравнивание амплитудно-частотной характеристики излучающего тракта.
Цифровая обработка сигналов и построение программной модели имитатора гидроакустических сигналов может быть выполнена так, как это показано в литературе [9, 10], а аппаратная реализация блоков структурной схемы имитатора сигналов описана в [11].
Имитатор гидроакустических сигналов при натурных испытаниях шумопеленгатора или гидролокатора размещается на корабле обеспечения испытаний, который удален от корабля-носителя испытываемой гидроакустической аппаратуры на расстояние, близкое к предельным дальностям их действия.
Функционирование заявленного имитатора гидроакустических сигналов осуществляется следующим образом: с помощью второго переключателя 16 оператор выбирает режим работы имитатора: имитацию шумов морских целей для проверки шумопеленгатора либо имитацию вторичного поля цели (эхосигнала) для проверки гидролокатора.
При имитации шумов морских целей с помощью первого переключателя 10 может быть выбран один из видов шумов морских целей, записанный заранее в имитатор 1, или подобный реальному шум, синтезированный средствами, предоставляемыми имитатором 1.
При имитации вторичного поля цели основой для ее формирования является зондирующий сигнал гидролокатора, обнаруженный, принятый и записанный в виде цифрового массива имитатором 11 вторичного поля посредством приемной гидроакустической антенны 12, приемного тракта 13 и тракта 14 обнаружения. С помощью блока 15 имитации силы, скорости и формы цели имитатора вторичного поля параметры имитированного эхосигнала могут быть изменены.
Прием, обработка и вывод на индикатор сигнала, излучаемого имитатором гидроакустических сигналов, производится шумопеленгатором или гидролокатором так же, как сигналов от реальной цели. Это позволяет проводить испытания шумопеленгаторов и гидролокаторов различного назначения в контролируемых условиях, а также сократить продолжительность и стоимость испытаний.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Андреев М, Александров Ю, Козловский С, Охрименко С, Рубанов И. Особенности разработки и проведения испытаний гидроакустических станций с гибкой протяженной буксируемой антенной для НК. Морской сборник, 2009, №8, с.54-56
2. Свидетельство РФ на полезную модель №27714
3. Свидетельство РФ на полезную модель №32890
4. Патент РФ на полезную модель №46107
5. Патент РФ на полезную модель №41880
6. Патент РФ на полезную модель №41882
7. Патент РФ на полезную модель №53022
8. Патент РФ на полезную модель №37235
9. Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. М.: МИР, 1978. 848 с.
10. Солонина А.И., Улахович Д.А., Арбузов С.М., Соловьева Е.Б. Основы цифровой обработки сигналов. 2-е издание. С-Пб.: БХВ-Петербург, 2005. 768 с.
11. Свердлин Г.М. Прикладная гидроакустика. Л.: Судостроение, 1990. 320 с.