ГИДРОАКУСТИЧЕСКИЙ ШУМОПЕЛЕНГАТОР

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к устройствам для определения местоположения подводных и надводных объектов, излучающих акустические сигналы, и может быть применено в системах для обнаружения и определения координат подобных шумящих источников.
Известен гидроакустический шумопеленгатор п. РФ №37235 U1, опубл. 10.04.2004. Известное устройство содержит гидроакустическую антенну, многоканальный приемный тракт, а также различные дополнительные тракты и блоки, в том числе блок расчета потерь на распространение и блок памяти шумов различных целей. Устройство позволяет определять пеленг на шумящий объект за счет наличия многоканальной антенны с формируемой характеристикой направленности, а также оценивать дистанцию до объекта с помощью расчета потерь на распространение и использования априорной информации о шумах целей, хранящейся в блоке памяти шумов. Однако, устройство является технически сложным и требует как наличия информации о потерях на распространение вдоль линии пеленга, которые зависят от гидрологических условий и требуют постоянного мониторинга, так и априорной информации о шумах цели, которые 1) могут отсутствовать 2) требуют провести классификацию цели, что само по себе является достаточно сложной задачей.
Наиболее близким по назначению к заявляемой полезной модели является шумопеленгатор п. РФ №2284543 C1, опубл. 27.09.2006. Устройство содержит измерительный блок, включающий три векторных приемника, ориентированных по декартовой системе координат и электронный блок управления и обработки информации, подключенный к компьютеру. Пеленгатор позволяет определить пространственные координаты и кинематические характеристики движущегося шумящего подводного объекта. Однако использование трех векторных приемников с соответствующими трактами обработки усложняет конструкцию, а определение пространственных координат с высокой точностью требует существенного времени наблюдения за движением объекта, в процессе которого объект должен обязательно пересечь линию траверза.
Задачей заявляемой полезной модели является расширение ассортимента гидроакустических пеленгаторов.
Технический результат заявляемого устройства - определение пеленга на шумящий объект при одновременном упрощении конструкции.
Поставленная задача решается гидроакустическим шумопеленгатором, включающим подключенный к компьютеру электронный блок управления и обработки информации, соединенный с двумя комбинированными векторными приемниками, размещенными на поворотной балке симметрично относительно центра ее вращения, при этом оси чувствительности векторных приемников по-разному ориентированы относительно продольной оси балки, а поворотная балка снабжена механизмом поворота с датчиком угла поворота.
Схема работы заявляемого устройства приведена на фиг, где: 1, 2 - комбинированные векторные приемники, 3 - источник шума, 4 - поворотная балка, 5 - привод поворота с датчиком угла поворота.
В качестве комбинированных векторных приемника могут быть использованы любые известные типы комбинированных приемников, а система поворота балки с датчиком угла поворота может быть выполнена с использованием, например, электромотора и датчиков поворота типа энкодера или сельсина или потенциометрического датчика.
Принцип работы устройства основан на определении пеленгов на шумящий объект (3) относительно комбинированных векторных приемников (1) и (2). При известном положении приемников в какой-либо системе координат, линии пеленгов описываются уравнениями вида y=kx+b. За счет наличия двух приемников получается два уравнения, образующие систему двух уравнений с двумя неизвестными. Решением системы уравнений будут координаты шумящего объекта (3) в вышеупомянутой системе координат.
Работает устройство следующим образом. На акватории, за состоянием которой ведется наблюдение, на одном основании (поворотной балке 5) размещают два комбинированных векторных приемника, координаты которых в известной системе координат, например, географической, которая далее будет именоваться основной, известны. Используемые комбинированные векторные приемники имеют два ортогональных канала X и Y с дипольной характеристикой направленности, чувствительными к вектору колебательной скорости в акустической волне, и канал P, чувствительный к скалярному давлению акустической волны. Ориентация каналов X и Y приемников (т.е. угол между направлением на север и положительным направлением канала, например, X) также известна за счет наличия в приводе поворота датчика угла поворота, генерирующего сигнал, пропорциональный углу поворота балки в основной системе координат. Сигналы датчиков каналов векторных приемников X, Y и P с помощью электронного блока подвергаются усилению, фильтрации, оцифровке и вводятся в компьютер. При наличии на акватории шумящего источника (3) акустические волны, распространяясь в среде по направлениям R1 и R2, вызовут в местах расположения приемников акустические поля, вектор колебательной скорости которых даст проекции на оси чувствительных элементов векторных приемников величиной X1, Y1 и X2, Y2, соответственно, за счет наличия у каналов дипольной характеристики направленности и их величины будут определяться ориентацией каналов относительно источника шума (3), т.е. углами A1 и A2. При этом тангенс угла A1 равен отношению Y1/X1, тангенс угла A2 равен отношению Y2/X2. Следует отметить, что непосредственное использование величин сигналов X и Y для вычисления функции тангенса без учета знака ведет к неопределенности, когда одно и то же сочетание сигналов возможно при четырех различных направлениях вектора колебательной скорости, различающихся на 90°. Для разрешения неопределенности используют фазовые соотношения сигналов X и Y по отношению к сигналу канала P: если разность фаз сигналов в канале X или Y и в канале P меньше 180°, значит сигнал X или Y берется со знаком «+», если же разность фаз между вышеназванными каналами больше либо равна 180°, то сигнал X или Y берется со знаком «-». Таким образом, с помощью вычисления соотношений между сигналами X и Y, взятыми со своими знаками, определяемыми путем измерения фаз сигналов каналов X и Y относительно сигнала канала P, получается возможным определение углов A1 и A2 пеленгования шумящего объекта (3), что, в свою очередь, позволяет определить его координаты в основной системе координат, в которой известны координаты приемников 1 и 2 а также ориентация их каналов, путем решения системы двух уравнений с двумя неизвестными, описывающими линии пеленгов R1 и R2. Все необходимые для осуществления операции определения координат объекта (3) процедуры осуществляются с помощью компьютера, в который вводятся заранее оцифрованные сигналы от комбинированных векторных приемников. При этом, по необходимости, с введенными сигналами может быть произведена любая дополнительная обработка, такая, как например, узкополосная фильтрация, осреднение, нормирование с целью увеличения отношения сигнал/шум или избавления от импульсных помех. Компьютер при этом должен быть оснащен интерфейсом, позволяющим вводить исходные параметры, такие как координаты комбинированных векторных приемников и их ориентацию в основной системе координат, а также отображать данные по рассчитанным координатам источников шума. При работе устройства, если расположение шумящего источника (3) случайно окажется почти или совпадающим с направлением оси чувствительности любого из каналов X или Y любого из векторных приемников (1) или (2), погрешность определения координат шумящего источника (3) резко возрастает в связи с тем, что один из сигналов, используемых для расчета линии пеленга, стремится в таком случае к нулю и, за счет присутствия всякого рода помех, как помех акватории, так и помех в виде собственных шумов, не может быть использован, для определения фазы, и, соответственно, своего знака. Для пеленгования объектов в таких случаях осуществляется поворот несущей балки на некоторый угол, например 45°, после чего условия пеленгования объекта существенно улучшаются. Данные по изменившейся при этом ориентации векторных приемников в основной системе координат передаются в компьютер за счет наличия датчика угла поворота, сигнал которого непрерывно оцифровывается и передается в компьютер наравне с сигналами комбинированных векторных приемников. При этом для принятия решения на поворот балки оси чувствительности комбинированный векторных приемников по-разному ориентированы относительно продольной оси балки, оставаясь при этом известными, с тем, чтобы шумящий объект не оказался на оси чувствительности канала одновременно у обоих векторных приемников.