СПОСОБ И УСТРОЙСТВО АКТИВНОЙ ГИДРОЛОКАЦИИ
METHOD AND DEVICE FOR ACTIVE HYDROLOCATION

Изобретение относится к одной из важных областей теории и практики освещения гидроакустической обстановки в море, а именно, способам и средствам повышения дальности действия средств активной гидролокации.
Средства активной гидролокации в практике мореплавания и использования морской среды в обширном кругу других своих интересов в разных странах, имеющих выход к морю, появились сравнительно недавно, если не считать известные попытки измерения скорости звука в воде под колокольный звон. Вместе с этим, все это время мы являемся наблюдателями более настойчивых и технически оснащенных попыток разработки и производства все более эффективных средств решения уже давно стоящих и вновь возникающих проблем.
Возможные пути решения рассматриваемой проблемы могут быть проанализированы с помощью аналитического соотношения, связывающего значение достигаемой дальности действия с исходными данными согласно с так называемым уравнением гидролокации [1]:
Smin
где: J- минимальная интенсивность сигнала;
пом
J - интенсивность помехи;
δ - коэффициент распознавания.
Подставляя в выражение (1) связанные с входящими в него величинами значения физических параметров, а именно в правую часть значения, связанные с дальностью D и называемую потерями на распространение, а в левую, называемую потенциалом обнаружения, остальные, получим обобщенное уравнение гидролокации в виде[2]:
q
Где: α - коэффициент режима работы;
D - дальность действия;
со
р - приведенное значение уровня первичного поля;
а
Р - акустическая мощность канала излучения;
1
2
γγ - коэффициенты концентрации антенн при излучении и приеме;
ƒ, Δƒ - рабочая частота и ее полоса;
Т - время интегрирования (режим ШП) и излучения (ИД и ОП);
э
R - эквивалентный радиус цели при;
δ
k - пороговый коэффициент решающего звена;
n0
p - приведенное давление помехи на входе канала; %
ƒ
A - фактор аномалии звука;
β - затухание звука в морской среде.
a
1
э
δ
2
2
Как можно видеть, решение поставленной задачи повышения дальности действия гидролокатора без изменения энергетических параметров (P, γ, R, k), т.е. потенциала обнаружения, представляемого левой частью уравнения, возможно только за счет уменьшения потерь на распространение сигнала в морской среде, что, в свою очередь, возможно при значительном снижении частоты излучаемого сигнала f (множитель ), хотя это снизит коэффициент концентрации при излучении γ=4πSf/с, где S - площадь антенны, а С - скорость звука в воде.
Устранение этого недостатка, т.е. сохранение коэффициента концентрации при излучении высокочастотного зондирующего импульса и уменьшение потерь при его распространении предлагается посредством снижения частоты принимаемого эхо сигнала, выбором из его спектра составляющей с частотой, меньшей частоты зондирующего импульса.
Сущностью реализации этого предложения, так же как и основным отличительным признаком изобретения является использование нелинейных явлений [1], сопровождающих отражение излученного импульса при облучении объекта (зеркальный эффект), и проявляющихся в виде расширения спектра, значительная часть интенсивности которого может быть сосредоточена на конкретном значении его составляющей, например, при двухчастотном излучении на разностной частоте, что в результате существенно снизит потери на распространение отраженного сигнала, тем самым повысит его интенсивность и, следовательно, помехоустойчивость приемного канала гидролокатора, количественно выражаемую как отношение значений сигнал/помеха и, в конечном итоге, с этим, увеличит его дальность действия.
1
2
Осуществление предложенного признака иллюстрируется фиг. 1, на котором представлены графики зависимости спада интенсивности зондирующего сигнала - кривая 1 до точки а) при одночастотном излучении и до точки б) - при двухчастотном; изменение интенсивности в точке приема - кривая 2, пересечение которой с пороговым значением позволяет определить дальность обнаружения лоцируемого объекта. Кривые 3 и 4 представляют графики спада интенсивности эхо сигналов на обеих частотах с выигрышем в дальности обнаружения в виде D D.
Предлагаемый способ включает в себя излучение и прием отраженных от объектов наблюдения сигналов, отличительным признаком которых является то, что для их излучения используют двухканальный генератор с незначительным (до 10%) отличием каналов по частоте и идентичными по остальным параметрам, в частности, схемами задающих генераторов, модуляторов, усилителей мощности и переключателей режимов, Приемный тракт, также как и тракт излучения, является двухканальным, на тех же частотах и может быть выполнен по типовой схеме «усилитель, фильтр на несущей частоте, детектор и интегратор» с тем лишь отличием, что для выделения разностной частоты из спектра суммы сигналов они после первых фильтров поступают на фильтрующий разностную частоту сумматор и уже после этого фильтра, на детектор и далее - на интегратор, как в случае типовой схемы или на индикатор, как в данном случае.
Данный способ предлагается реализовать с помощью устройства, (блок - схема представлена на фиг. 2, в состав которого включены два канала излучения (элементы 1, 3, 5 и 2, 4, 6) и два канала приема (элементы 8 и 9) с использованием двухчастотной приемоизлучающей антенны 13 с переключателем «прием - передача» 12, с (элементы последующей обработке и отображением сигналов (элементы 10 и 11).
В состав представленной на фиг. 2 блок-схемы устройства, реализующего изложенный способ, входят следующие элементы:
1
2
1, 2 - задающие генераторы на f и f;
1
2
3, 4 - модуляторы f и f;
1
2
5, 6 - усилители мощности f и f;
7 - блок управления;
1
2
8,9 - приемные каналы на f и f;
10 - фильтрующий сумматор;
11 - индикаторное устройство;
12 - переключатель прием-передача;
13 - приемоизлучающая антенна гидролокатора.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение помехоустойчивости приемного тракта гидролокатора, количественно представляемой как отношение сигнал/помеха, в результате уменьшения потерь на распространение эхосигнала в связи с переходом на меньшую, чем излучаемая, частоту.
1
2
1
1
2
Технический результат достигается за счет того, что тракты излучения и приема разделены на два канала каждый, и именно так, что излучение зондирующих сигналов на одном канале производят на частоте f, на другом канале - на частоте f с разницей в ±10% от f, а прием сигналов, отраженных от лоцируемых объектов, проводят на обоих каналах на частотах излучения f и f с последующим их суммированием, выделением посредством фильтрации разностной частоты и отображением результата на индикаторе.
Изложенное выше позволяет утверждать, что данное изобретение соответствует условию патентоспособности «новизна», поскольку по имеющихся данным из общедоступных источников информации неизвестно применение подобного гидролокатора. Соответствует оно и условию патентоспособности «изобретательский уровень», так как указанная совокупность существенных признаков устройства обеспечивает новый технический эффект.
ЛИТЕРАТУРА
1. Евтютов А.П., Колесников А.Е., Корепин Е.А. Справочник по гидроакустике, - Л.: «Судостроение», 1988 г.
2. Щеглов Г.А. Вероятностная оценка дальности действия ГАС. Спб. Труды ВУНЦ ВМФ, 2018.
3. Соловьев И.В., Корольков Г.Н., Бараненко А.А. Морская радиоэлектроника. СПБ: «Политехника», 2003.