УНИФИЦИРОВАННЫЙ КОНВЕРТЕР ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ (УКС-Г)

Полезная модель относится к области гидроакустики и может быть использована в гидроакустических средствах, а также при проведении работ по исследованию Мирового Океана.
Из уровня техники известны гидроакустические комплексы (ГАК), которые состоят из трактов, таких как тракт шумопеленгования (ШП), тракт гидролокации (ГЛ), работающего в активном режиме обнаружения подводных целей, тракт обнаружения гидроакустических сигналов (ОГС), предназначенного для обнаружения работающих в различных диапазонах гидролокаторов;
Известен гидроакустический комплекс неатомной подводной лодки (Патент на ПМ №50004 от 10.12.2005 г.) который включает приемные тракты, работающие одновременно и независимо друг от друга, которые включают акустические антенны, аппаратуру предварительной обработки акустических сигналов, выполненных на аналоговых или аналого-цифровых средствах, фильтры по частотным диапазонам, устройства частотно-временной обработки и центральный вычислительный центр с программными средствами.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату по отношению к разработанной полезной модели является многоканальное устройство предварительной обработки сигналов (Патент на ПМ №67287 от 10.10.2007 г.)
Многоканальное устройство предварительной обработки сигналов от приемников многоэлементной гидроакустической приемной антенны приемо-излучающей гидроакустического средства (ГАС), содержит N каналов, каждый из которых включает последовательно соединенные усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, фильтр высокой частоты (ФВЧ), малошумящий предварительный усилитель, фильтр низкой частоты (ФНЧ), и многоканальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), в каждый канал введен управляемый с центрального процессора (ЦП) ЭВМ ГАС коммутатор, обеспечивающий режимы “работа” и “блокировка”, вход которого соединен с выводами элемента гидроакустической приемной антенны, а выход со входом усилителя с управляемым коэффициентом усиления.
Задачей полезной модели является создания унифицированного конвертера гидроакустических сигналов, который является первичным модулем многоканальной обработки гидроакустической информации в приемном тракте гидроакустического средства (ГАС).
Разработанный унифицированный конвертер гидроакустических сигналов обеспечивает согласование приемного тракта с электроакустическими преобразователями многоэлементной приемной антенны ГАС, усиление сигналов приемной антенны, синхронное многоканальное аналого-цифровое преобразование принятых сигналов, цифровую фильтрацию принятых сигналов, формирование и синхронизацию пакетов цифровых данных и передачу сформированных пакетов цифровых данных потребителям по каналу Fast Ethernet.
Техническим результатом от использования полезной модели является упрощение обработки данных без необходимости жесткой синхронизации процессов обработки пакетов данных. Разработанная полезная модель позволяет обеспечить создание окончательного пакета упорядоченных по времени и имеющих заголовки цифровых данных по каждому элементарному приемному каналу и передачу по каналу Fast Ethernet потребителям. Окончательный пакет цифровых данных содержит полный набор информации, позволяющий обеспечить свободную коммутацию данных.
Задача решается, а технический результат достигается созданием унифицированного конвертера гидроакустических сигналов, включающего предварительные усилители (ПУ) (по числу элементарных приемных каналов), аналого-цифровой преобразователь (АЦП) (по числу элементарных приемных каналов), устройство буферной памяти с последовательной записью (УБП) (по числу элементарных приемных каналов), устройство управления записью данных в УБП (УУЗ), устройство управления чтением данных из УБП (УУЧ), устройство приема сигналов синхронизации, служебных данных по каналу Fast Ethernet от внешних устройств и управления параметрами УКС-Г (УПСД), устройство выделения сигналов внешней глобальной синхронизации (УВСС), устройство формирования заголовков цифровых пакетов данных с результатами предварительной обработки от каждого элементарного приемного канала (УФЗ), устройство формирования цифровых пакетов (УФП) (в виде набора упорядоченных по времени отсчетов АЦП) данных от каждого элементарного приемного канала, передаваемых потребителям для последующей обработки, устройство формирования физического уровня (УФФУ) канала Fast Ethernet (передача данных потребителям, прием команд синхронизации и управления работой УКС-Г), трансформатор гальванической развязки (ТГР).
Унифицированный конвертер гидроакустических сигналов, включает предварительные усилители ГГУ элементарных приемных каналов, аналого-цифровые преобразователи АЦП приемных каналов и характеризуется тем, что аналого-цифровые преобразователи АЦП связаны с устройствами буферной памяти с последовательной записью УБП, которые связаны со входом устройства формирования цифровых пакетов УФП, которое связано со входом устройства формирования физического уровня канала УФФУ к которому подключено внешнее управляющее устройство, при этом выход устройства формирования физического уровня канала УФФУ связан с входом устройства приема сигналов синхронизации УПСД, последний связан с устройством управления записью данных УУЗ через устройство выделения сигналов внешней глобальной синхронизации УВСС, упомянутое устройство управлением записью данных УУЗ связано со входами устройств буферной памяти УБП и со входом устройства управления чтением данных УУЧ и со входом аналого-цифровых преобразователей АЦП, устройство управления чтением данных УУЧ связано со входом устройств буферной памяти с последовательной записью УБП, при этом выход устройства приема сигналов синхронизации УПСД связан со входом устройства формирования заголовков цифровых пакетов данных УФЗ с результатами предварительной обработки от каждого элементарного приемного канала, который связан со входом устройства формирования цифровых пакетов УФП которое через устройство формирования физического уровня канала УФФУ и трансформатор гальванической развязки ТГР связано с потребителями по каналу Fast Ethernet.
На фиг. 1 представлена функциональная схема унифицированного конвертера гидроакустических сигналов, где 1 - предварительные усилители (ПУ), 2 - аналого-цифровые преобразователи (АЦП), 3 - устройства буферной памяти с последовательной записью (УБП), 4 - устройство управления записью данных (УУЗ), 5 - устройство управления чтением данных из УБП (УУЧ), 6 - устройство выделения сигналов внешней глобальной синхронизации (УВСС), 7 - устройство формирования цифровых пакетов (УФП), 8 - устройство формирования заголовков цифровых пакетов данных с результатами предварительной обработки от каждого элементарного приемного канала (УФЗ), 9 - устройство приема сигналов синхронизации, служебных данных по каналу Fast Ethernet от внешних устройств и управления параметрами УКС-Г (УПСД), 10 - устройство формирования физического уровня (УФФУ) канала Fast Ethernet, 11 - трансформатор гальванической развязки (ТГР).
Работа предлагаемого унифицированного конвертера гидроакустических сигналов осуществляется следующим образом.
Сигналы от приемной гидроакустической антенны (элементарные приемные каналы) поступают на предварительные усилители 1 (ПУ), где они усиливаются с заданным коэффициентом передачи. Усиленные сигналы с выхода каждого ПУ 1 подаются на вход подключенного к нему АЦП 2. В это же время в универсальный конвертер УКС-Г через УФФУ 10 от внешнего управляющего устройства (на схеме не показано) на УПСД 9 поступают сигналы синхронизации и служебные данные, необходимые для работы УКС-Г. Из принятой УПСД 9 информации в УФЗ 8 выделяются служебные данные и формируются заголовки (инкрементный номер, номер УКС-Г в изделии и номер канала в УКС-Г, а также другая служебная информация) очередных пакетов цифровых данных, которые будут передаваться потребителям. УВСС 6 выделяет из принятой УПСД 9 информации сигналы синхронизации и транслирует их в УУЗ 4. По команде УУЗ 4 каждое устройство УБП 3 переводится в режим записи отсчетов АЦП 2, а соответствующие АЦП 2 производят аналого-цифровое преобразование поступивших на их входы аналоговых сигналов. При этом отсчеты всех АЦП 2 синхронизированы по времени.
В момент времени, когда число значений отсчетов, записанных в каждом УБП 3, становится равным заданному значению, из УУЗ 4 в УБП 3 подается команда в УУЧ 5 - команда на считывание записанных в УБП 3 данных и их передачу в УФП 7. В УФП 7 формируется окончательный пакет цифровых данных, который после окончания его формирования через УФФУ 10 и ТГР 11 передается по каналу Fast Ethernet потребителям. При формировании пакета цифровых данных по каждому элементарному приемному каналу УКС-Г каждой выборке соответствующих отсчетов АЦП 2 добавляется индивидуальный заголовок, сформированный в УФЗ 8. С помощью указанных заголовков осуществляется привязка выборок цифровых данных к элементарному приемному каналу и синхронизация выборок отдельных каналов по времени.
Информационный обмен УКС-Г с потребителями с использованием унифицированных стандартных сетевых решений на основе стандарта Fast Ethernet позволяет:
- обеспечить многоканальную синхронизацию множества приборов для обеспечения съема данных от многоканальных (более 1000 каналов) приемных антенн без дополнительных кабельных связей;
- обеспечить устойчивость информационного обмена и требуемую пропускную способность каналов связи;
- существенно сократить необходимое число кабельных линий связи;
- обеспечить гальваническую развязку каналов приемного тракта от остальной аппаратуры ГАК;
- существенно упростить структуру приборов необходимых для приема информации и формирования сигналов управления УКС-Г;
- повысить помехозащищенность каналов передачи данных;
- повысить возможность модернизации оборудования ГАС на всех этапах эксплуатации.
Применяемые элементная база и технология роботизированного монтажа при массовом изготовлении УКС-Г обеспечивает высокую идентичность параметров отдельных каналов (как в составе одного УКС-Г, так и между отдельными УКС-Г) без необходимости выполнения настроечно-регулировочных операций;