УСТРОЙСТВО ОБНАРУЖЕНИЯ И ПЕЛЕНГОВАНИЯ ДВИЖУЩЕГОСЯ МОРСКОГО ОБЪЕКТА

Полезная модель относиться к гидроакустическим сигнальным устройствам, а именно к устройствам для обнаружения и пеленгования движущихся морских объектов и может быть использовано для определения волнения морской поверхности, определения пеленга на объект и предотвращения столкновения техногенных морских и пресноводных, а также биологических объектов и большие скопления косяков рыб.
Известно устройство для тревожной сигнализации, содержащее последовательно соединенные высокочастотный генератор с передающей антенной, приемную антенну, амплитудный детектор принимаемого сигнала. (Патент 2124232 Российской Федерации, МПК 6 G08B 13/24. Устройство для тревожной сигнализации /Трефилов Н.А.; Николаенко В.А.; Шеремет Ю.Ю.; Елягин С.В.; Маргелов А.А.; патентообладатель Ульяновский государственный технический университет Российской Федерации; №96102923; заявл. 15.02.1996; опубл. 27.12.1998. - 1 С.: ил.).
Известное устройство вырабатывает сигнал тревоги при появлении постороннего дополнительного предмета в охраняемом объекте. В результате чего, в сравнении с первоначальными характеристиками, в отраженном сигнале появляется составляющая с новыми амплитудно-фазовыми характеристиками, и устройство вырабатывает сигнал "тревога" в соответствии с заданным критерием обнаружения.
Недостатком описанного аналога является то, что работа известного устройства предполагает его функционирование в пространстве, ограниченном статически неподвижными границами, а так же устройство не определяет направление на обнаруженный объект.
Известно другое, наиболее близкое к заявленной полезной модели по технической сущности и выбранное в качестве прототипа устройство обнаружения движущегося морского объекта. В известном устройстве-прототипе в качестве передающей среды использована водная среда для обеспечения акустической связи. Прототип содержит блок излучения, в котором соединены выход высокочастотного генератора с входом излучающего антенного устройства, с возможностью передачи излученного сигнала на вход блока обработки сигналов, содержащего два идентичных приемных канала, в каждом из которых расположены приемное антенное устройство. Выход каждого приемного антенного устройства соединен с входом соответствующего согласующего устройства. В качестве антенных устройств в обоих приемных каналах использован электроакустический преобразователь для приема акустических сигналов, вычитающее устройство и адаптивный фильтр. С выхода первого согласующего устройства полезный сигнал параллельно поступает на первый вход вычитающего устройства и первый вход адаптивного фильтра. С выхода второго согласующего устройства сигнал помехи поступает на второй вход адаптивного фильтра с целью адаптации от нестационарных процессов, происходящих в морской среде (к примеру, волнение поверхности моря) и не стационарности движения носителя предлагаемого устройства. С выхода адаптивного фильтра нормированный сигнал поступает на второй вход вычитающего устройства, с выхода которого обработанный в нем сигнал поступает на вход амплитудного детектора. Кроме того, в прототип включен блок отображения информации с возможностью документирования данных. (Заявка №2007126542 Российская Федерация; МПК G08B 3/00 (2006.01), G08B 31/00 (2006.01). Устройство обнаружения движущегося морского объекта / Калашников И.И., Колмогоров B.C., Сенченко А.Г., Юрченко Е.Н.; заявитель ТОВМИ им. С.О. Макарова, (RU) и Калашников И.И., (RU); - №2007126542; заявл. 11.07.2007).
Известное устройство прототип с помощью интерференционной локации позволяет обнаруживать движущиеся морские техногенные и биологические
объекты. Однако в прототипе не предусмотрены конструктивные элементы обеспечивающие возможность расширенного использования интерференционной локации не только для обнаружения морского объекта, но и для определения направления на источник гидроакустического сигнала, а именно его пеленга.
На устранение этих недостатков направлена заявленная полезная модель, технической задачей которой является: усовершенствование акустического сигнального устройства - прототипа, с возможностью обнаружения и определения пеленга на объект для предотвращения столкновения биологических, техногенных морских и пресноводных объектов.
Реализация поставленной технической задачи позволяет добиться следующего технического результата:
- создано усовершенствованное гидроакустическое устройство обнаружения и пеленгования в ближней охраняемой зоне объекта и предотвращения столкновения морских объектов;
- включение третьего приемного канала в блок обработки сигнала обеспечивает расширенное использование интерференционной локации не только для обнаружения морского объекта, но и для определения направления на источник гидроакустического сигнала его пеленга; а именно:
- расположение третьего приемного канала, удаленного от первого и второго приемных каналов в кормовую часть морского носителя, позволяет, за счет разнесения приема сигналов с временными задержками, вырабатывать всеми приемными каналами два различных по времени приема полезных сигналов;
- дополнительно предусмотренные в заявленном устройстве второе вычитающее устройство и второй адаптивный фильтр обеспечивают возможность формирования второго полезного сигнала характеризующего динамику движения обнаруживаемого морского объекта в исследуемом районе;
- введение корреляционного устройства в заявленную полезную модель обеспечивает вычисление корреляционной функции на основе математической
обработки продетектированных первого и второго полезных сигналов с возможностью вычисления пеленга на источник гидроакустического сигнала.
Для достижения заданного технического результата предложено "Устройство обнаружения и пеленгования движущегося морского объекта", содержащее блок излучения, который соединен посредством акустической связи через водную среду с блоком обработки сигналов. Блок обработки сигналов включает два идентичных приемных канала, причем выход первого приемного канала параллельно соединен с первым входом вычитающего устройства и с первым входом первого адаптивного фильтра. Выход второго премного канала соединен со вторым входом первого адаптивного фильтра, предназначенного для выработки первого нормированного сигнала, поступающего из него на второй вход первого вычитающего устройства. Выход первого вычитающего устройства соединен с входом первого амплитудного детектора для подачи с его выхода продетектированного первого полезного сигнала. Кроме того, устройство содержит блок отображения информации.
Отличием заявленного "Устройство обнаружения и пеленгования движущегося морского объекта" от прототипа является то, что в блок обработки сигнала дополнительно включен третий приемный канал, конструктивно удаленный от первого и второго приемных каналов в кормовую часть морского носителя с возможностью приема третьим приемным каналом разнесенного по времени акустического сигнала отраженного от морского объекта, и последующей выработки сигнала пеленгационной характеристики. Для этого предусмотрены второе вычитающее устройство и второй адаптивный фильтр. Причем выход первого приемного канала параллельно соединен с первым входом второго вычитающего устройства и с первым входом второго адаптивного фильтра, второй вход которого соединен с выходом третьего приемного канала. Выход второго адаптивного фильтра соединен со вторым входом второго вычитающего устройства для выработки второго полезного сигнала и подачи его с выхода второго вычитающего устройства на вход дополнительно включенного в устройство второго амплитудного детектора. С
выхода амплитудного детектора продетектированный второй полезный сигнал поступает на второй вход, дополнительно включенного корреляционного устройства, а на первый его вход поступает продетектированный первый полезный сигнал с выхода первого амплитудного детектора. Выход корреляционного устройства соединен с входом блока отображения информации.
Кроме того, первый и второй приемные каналы конструктивно расположены в передней части носителя, а в качестве антенных устройств использованы один излучающий и три приемных электроакустических элементов соответственно, с возможностью излучения и последующего приема акустических сигналов всеми приемными каналами.
Дополнительным отличием является то, что все приемные каналы конструктивно идентичны, для чего в них выход каждого соответствующего приемного электроакустического элемента соединен с входом соответствующего согласующего устройства, а выход соответствующего согласующего устройства является выходом соответствующего приемного канала.
Другим дополнительным отличием является то, что блок отображения информации использован с возможностью визуального наблюдения полученных данных и документирования на различных носителях.
Уточняющим отличием является и то, что корреляционное устройство вырабатывает сигнал пеленгационной характеристики с возможностью определения направления на источник гидроакустического сигнала, отраженного от движущегося морского объекта, а выработанный сигнал пеленгационной характеристики используют для предотвращения столкновения техногенных морских, а так же биологических объектов.
Такое взаимное расположение конструктивных элементов и взаимосвязь между элементами, обеспечивает выдачу сигнал тревоги при работе в водной среде с нестационарными границами (взволнованная поверхность и статистическая неоднородность дна) и при нестационарности движения носителя предлагаемого устройства, что обуславливает неустойчивость интерференционной зоны.
А наличие корреляционного устройства, функционально связанного с монитором, позволяет визуально наблюдать обработанный и выделенный сигнал от объекта, что дает возможность осуществлять его пеленгование для принятия решения об опасности. Для документирования, хранения принятого решения и последующего его анализа дополнительно производится запись в блок отображения информации.
Сущность полезной модели поясняется чертежом: Устройство обнаружения и пеленгования движущегося морского объекта. Функциональная схема.
На схеме представлено:
1. Блок излучения
1.1 Генератор высоких частот
1.2 Излучающее антенное устройство
2. Блок обработки сигнала
2.1. Первый приемный канал
2.1.1. Приемное антенное устройство (первый приемный электроакустический элемент)
2.1.2. Согласующее устройство
2.2. Второй приемный канал
2.2.1. Приемное антенное устройство (второй электроакустический приемный элемент)
2.2.2. Согласующее устройство
2.3. Третий приемный канал
2.3.1. Приемное антенное устройство (третий электроакустический приемный элемент)
2.3.2. Согласующее устройство
2.4. Первое вычитающее устройство
2.5. Первый адаптивный фильтр
2.6. Второе вычитающее устройство
2.7. Второй адаптивный фильтр
3. Первый амплитудный детектор
4. Корреляционное устройство
5. Блок отображения информации
6. Второй амплитудный детектор
Все конструктивные элементы в блоке излучения 1, в блоке обработки сигналов 2, а так же оба амплитудных детектора 3 и 6, корреляционное устройство 4 и блок отображения информации 5 соединены электрическими связями. Блок излучения 1 соединен с блоком обработки сигналов 2 посредством акустической связи через водную среду. В качестве устройства формирующего сигналы использован генератор высоких частот 1.1, генерирующий и излучающий сигналы заданной частоты, поступающие на излучающее антенное устройство 1.2. В качестве излучающего антенного устройства 1.2 использован излучающий электроакустический элемент, с возможностью передачи акустических сигналов в водную среду. В блоке обработки сигналов 2 сформированы три идентичных приемных канала 2.1, 2.2 и 2.3. Причем выходы первого и второго приемных каналов функционально соединены с конструктивными элементами устройства с возможностью подачи на первый вход корреляционного устройства 4 продетектированного первого полезного сигнала. А именно: в первом и втором приемном канале выход каждого приемного антенного устройства 2.1.1 и 2.2.1 соединен с входом соответствующего согласующего устройства 2.1.2 или 2.2.2 соответственно, для формирования двух идентичных приемных каналов 2.1; 2.2. Первый приемный канал 2.1 параллельно соединен с первым входом первого вычитающего устройства 2.4, первым входом первого адаптивного фильтра 2.5, первым входом второго вычитающего устройства 2.6 и первым входом второго адаптивного фильтра 2.7. Во втором приемном канале 2.2 выход согласующего устройства 2.2.2 соединен со вторым входом первого адаптивного фильтра 2.5 предназначенного для выработки первого нормированного сигнала, поступающего на второй вход вычитающего устройства 2.4. Выход вычитающего устройства 2.4 через первый амплитудный детектор 3 соединен с возможностью подачи
с его выхода продетектированного первого полезного сигнала на первый вход корреляционного устройства 4. Выход третьего приемного канала соединен с конструктивными элементами устройства с возможностью подачи на второй вход корреляционного устройства продектектированного второго полезного сигнала. А именно: в третьем приемном канале выход приемного антенного устройства 2.3.1 соединен через согласующее устройство 2.3.2. со вторым входом второго адаптивного фильтра 2.7. Второй адаптивный фильтр 2.7 использован для выработки второго нормированного сигнала для этого первый выход второго адаптивного фильтра 2.7 соединен со вторым входом второго вычитающего устройства 2.6. С выхода второго вычитающего устройства 2.6 второй полезный сигнал поступает на вход второго амплитудного детектора 6, из которого продетектированный второй полезный сигнал поступает на второй вход корреляционного устройства 4 с возможностью выработки в нем пеленгацинной характеристики. Выход корреляционного устройства 4 соединен с входом блока отображения информации 5 с возможностью визуального наблюдения полученных данных и документирования на различных носителях.
Устройство работает следующим образом
Для обеспечения пеленгования и обнаружения морских объектов использован морской носитель, как принято в науке и технике до даты приоритета. Работа заявленного устройства основана на фиксировании изменений АЧХ исследуемого района связанных с отсутствием или наличием в нем движущегося морского объекта. Зарегистрированные фиксированные значения АЧХ используют для вычисления корреляционной функции с возможностью обнаружения и пеленгования движущегося морского объекта.
Для функционирования устройство снабжено общепринятым переносным или стационарным источником питания и расположено на этом плавучем морском носителе. При работе в блоке излучения 1 генератор 1.1 генерирует сигналы заданной частоты, которые поступают на вход излучающего антенного устройства 1.2 (электроакустического элемента). Антенное устройство
1.2 преобразует поступившие электрические сигналы заданной частоты в акустические сигналы заданной частоты с последующим их излучением в водную среду исследуемого района. В результате многократного взаимного отражения акустические сигналы сканируют все пространство исследуемого района.
При движении техногенного морского или пресноводного, а также биологического объекта в водной среде сначала исследуют акустические свойства исследуемого района. Для этого в первом приемном канале 2.1 приемное антенное устройство 2.1.1 принимает акустический сигнал исследуемого района, преобразует его в электрический сигнал, который подает на вход согласующего устройства 2.1.2. Согласующее устройство 2.1.2 усиливает поступивший электрический сигнал и регистрирует амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) первого приемного канала, характеризующее пространство исследуемого района. Таким образом, зафиксированная и зарегистрированная в первом приемном канале 2.1 АЧХ (акустический сигнал исследуемого района) с выхода согласующего устройства 2.1.2 параллельно поступает на вход первого вычитающего устройства 2.4 и на первый вход первого адаптивного фильтра 2.5,на первый вход второго вычитающего устройства 2.6 и первый вход второго адаптивного фильтра 2.7.
Обнаружение движущегося морского объекта осуществляют с использованием второго приемного канала 2.2. Кроме того, первый 2.1 и второй 2.2 приемные каналы конструктивно расположены в передней части носителя. Во втором приемном канале 2.2 предусмотрено приемное антенное устройство 2.2.1, которое принимает акустический сигнал, отраженный от движущегося морского объекта, преобразует его в электрический сигнал и подает его на вход согласующего устройства 2.2.2. Усиленный в согласующем устройстве 2.2.2 электрический сигнал с его выхода поступает на второй вход первого адаптивного фильтра 2.5.
Третий приемный канал 2.3 конструктивно удален от первого и второго приемных каналов 2.1 и 2.2, и расположен в кормовой части морского носителя
с возможностью приема второго отраженного от морского объекта сигнала разнесенного по времени, для последующей выработки пеленгационной характеристики. Для этого в третьем приемном канале 2.3 приемное антенное устройство 2.3.1 принимает отраженный от морского объекта разнесенный по времени акустический сигнал, преобразует его в электрический и подает на вход согласующего устройства 2.3.2. Согласующее устройство 2.3.2 усиливает поступивший разнесенный по времени электрический сигнал, с соответствующими амплитудно-частотными характеристиками. С выхода согласующего устройства 2.3.2 электрические сигналы, разнесенные по времени с соответствующими амплитудно-частотными характеристиками, зарегистрированными третьим приемным каналом 2.3, поступают на второй вход второго адаптивного фильтра 2.7.
Во втором адаптивном фильтре 2.7 вырабатывается второй нормированный сигнал, который подается с первого выхода второго адаптивного фильтра 2.7 на второй вход второго вычитающего устройства 2.6. С выхода которого второй полезный сигнал поступает на вход второго амплитудного детектора 6 с выхода которого продетектированный второй полезный сигнал поступает на второй вход корреляционного устройства 4. А на первый вход корреляционного устройства 4 с выхода первого вычитающего устройства 2.4 через первый амплитудный детектор 3 поступает обработанный в нем продетектированный первый полезный сигнал с возможностью последующей выработки пеленгационной характеристики обнаруженного движущегося морского объекта в корреляционном устройстве 4.
Результаты вычисления по обнаружению и пеленгованию с выход корреляционного устройства 4 поступают на вход блока отображения информации 5 с возможностью визуального наблюдения полученных данных и документирования на различных носителях.
Заявленная полезная модель «Устройство обнаружения и пеленгования движущегося морского объекта» является усовершенствованным гидроакустическим устройством для обеспечения безопасности плавания. Заявленное
устройство обладает следующими достоинствами:
- третий приемный канал в блок обработки сигнала обеспечивает расширенное использование интерференционной локации не только для обнаружения морского объекта, но и для определения направления на источник гидроакустического сигнала;
- расположение третьего приемного канала, удаленного от первого и второго приемных каналов в кормовую часть морского носителя, позволяет, за счет разнесения приема сигналов с временными задержками, вырабатывать всеми приемными каналами два различных по времени приема полезных сигналов характеризующих интерферренционную картину исследуемого района для обнаружения и пеленгования морского объекта в его статике и динамике;
- введение корреляционного устройства в заявленную полезную модель обеспечивает вычисление корреляционной функции на основе математической обработки продетектированных первого и второго полезных сигналов с возможностью вычисления пеленга на источник гидроакустического сигнала.
- улучшением чувствительности устройства за счет использования метода адаптивной фильтрации;
- высокая скорость обработки данных, обеспеченна использованием соответствующей ЭВМ с соответствующим пакетом прикладных программ.
Все достоинства полезной модели в совокупности обеспечивают возможность эффективного использования интерференционной локации для решения технических задач по обнаружения и пеленгованию движущегося морского объекта с помощью заявленного устройства.
Заявленное решение не оказывает отрицательного воздействия на экологическое состояние окружающей среды, и представляет значительный интерес для народного хозяйства, так как обеспечивает охрану биологических и техногенных морских и пресноводных объектов.
Заявленное устройство промышленно применимо, так как для его реализации используются широко распространенные компоненты и изделия радиотехнической промышленности и вычислительной технике.