Система шумопеленгования гидроакустического комплекса подводной лодки
SUBMARINE HYDRO ACOUSTIC SUITE NOISE DIRECTION-FINDING SYSTEM

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в качестве гидроакустического вооружения подводных лодок военного назначения, а также при исследованиях Мирового океана.
Гидроакустические комплексы (ГАК) являются основой информационной системы подводных лодок (ПЛ); с помощью ГАК решается комплексная задача наблюдения за подводной обстановкой, включающая обнаружение, определение координат и элементов движения, классификацию различных целей.
В настоящее время сформировалась типовая структура ГАК ПЛ [1-6], включающая системы шумопеленгования с системами шумопеленгования в среднечастотном диапазоне (ШП-СЧ) и в низкочастотном диапазоне (ШП-НЧ), системы гидролокации, обнаружения гидроакустических сигналов, звукоподводной связи, классификации и др. [6]. Функционирование ГАК ПЛ обеспечивают центральная вычислительная система (ЦВС), система отображения, регистрации, документирования и управления, включающая пультовые приборы, системы технической диагностики и электропитания.
Основной системой современных ГАК ПЛ является система шумопеленгования [6], которая работает в пассивном режиме. В системе шумопеленгования имеются акустические антенны и аппаратура предварительной обработки (АПО). Информация, принятая антеннами и прошедшая обработку в АПО, в цифровом формате по общекомплексной шине поступает в центральную вычислительную систему и, пройдя дальнейшую обработку, представляется оператору ГАК или передается во внешние системы.
Наиболее близким аналогом по функциональным и техническим характеристикам к предлагаемому изобретению является система шумопеленгования, описанная в Патенте на полезную модель «Гидроакустический комплекс подводных лодок» [7], которая принята за прототип.
Система шумопеленгования - прототип состоит из подсистем шумопеленгования ШП-СЧ и ШП-НЧ. Система ШП-СЧ содержит первую приемную антенну (А1), расположенную в носовом обтекателе ПЛ, и первую аппаратуру предварительной обработки (АПО1), последовательно соединенную с антенной А1. Подсистема ШП-НЧ содержит вторую приемную антенну (А2), выполненную как гибкая протяженная, буксируемая антенна (ГПБА), через кабель-трос и токосъемник соединенную со второй аппаратурой предварительной обработки (АПО2). Аппаратура предварительной обработки АПО1, АПО2 подсистем ШП-СЧ и ШП-НЧ устройства-прототипа через общую шину соединена с ЦВС гидроакустического комплекса ПЛ.
Система шумопеленгования - прототип при одновременном функционировании ШП-СЧ и ШП-НЧ может осуществлять наблюдение в пассивном режиме за подводной обстановкой и обнаруживать цели.
В то же время система шумопеленгования устройства-прототипа имеет существенные недостатки в части обнаружения низкочастотных источников сигнала:
- сигналы, приходящие с носовых углов обзора, не могут быть обнаружены;
- при обнаружении сигналов имеет место неоднозначность пеленга, т.е. невозможно различить, с какого борта (правый или левый) находится обнаруженный источник сигнала;
- обнаружение сигнала в НЧ-диапазоне возможно только при выпущенной ГПБА.
Задачами предлагаемого изобретения являются:
- расширение сектора обзора в низкочастотном диапазоне до полного, т.е. 360°;
- обеспечение работы в НЧ-диапазоне в носовых углах без выпуска ГПБА;
- ликвидация неоднозначности пеленга на цель в секторах траверсных углов, перекрывающихся с ГПБА и носовой антенны.
Техническими результатами использования изобретения являются:
- формирование полного сектора обзора (360°) при обнаружении источника сигнала (цели) в НЧ-диапазоне;
- возможность обнаружения цели в НЧ-диапазоне в секторе носовых углов без выпуска ГПБА;
- возможность уточнения пеленга на цель, обнаруженной в НЧ-диапазоне подсистемой ШП-НЧ с ГПБА в траверсных секторах обзора.
Для решения поставленных задач в систему шумопеленгования гидроакустического комплекса подводной лодки, содержащую подсистему шумопеленгования в среднечастотном диапазоне (ШП-СЧ), которая включает первую приемную антенну и первую аппаратуру предварительной обработки (АПО1), последовательно соединенную с первой приемной антенной, и подсистему низкочастотного шумопеленгования (ШП-НЧ), включающую вторую приемную антенну, которая выполнена в виде гибкой протяженной буксируемой антенны, через кабель-трос и токосъемное устройство соединенную со второй аппаратурой предварительной обработки (АПО2), при этом АПО1 и АПО2 через общую шину соединены с ЦВС,
введены новые признаки, а именно:
в подсистему ШП-НЧ дополнительно введена третья приемная антенна, выполненная в виде звукопрозрачной цифровой фазированной антенной решетки, расположенной на первой приемной антенне, при этом третья приемная антенна состоит из многоканальных блоков гидроакустических приемников, последовательно соединенных с модулями аппаратуры предварительной обработки (АПО), которые через общую шину соединены с ЦВС, причем модули АПО и многоканальные блоки гидроакустических приемников герметизированы в едином конструктиве.
Введенная третья приемная антенна может иметь сектор обзора более ±90°, что обеспечивает совместно с ГПБА сектор 360°. Кроме того, третья антенна является однонаправленной в отличие от протяженной линейной антенны (ГПБА), которая формирует два максимума, симметрично расположенных относительно оси антенны [6, 8].
Сущность заявляемого изобретения поясняется фиг. 1, где представлена обобщенная функциональная схема.
Система шумопеленгования состоит из подсистемы ШП-СЧ 3 и подсистемы ШП-НЧ 6. Подсистема ШП-СЧ 3 состоит из первой приемной антенны 4 (А1), являющейся основной носовой антенной, каналы которой соединены с первой аппаратурой предварительной обработки 5 (АПО1).
В подсистему ШП-НЧ 6 входят вторая приемная антенна 7 (А2), которая является гибкой протяженной буксируемой антенной (ГПБА), через кабель-трос 8 и токосъемник (не показан на фиг. 1) соединенная со второй аппаратурой предварительной обработки 7 (АПО2). Также в подсистему ШП-НЧ 6 входит третья приемная антенна 10 (A3), которая является звукопрозрачной цифровой фазированной антенной решеткой и располагается на основной носовой антенне (первая приемная антенна 4). Антенна 10 состоит из многоканальных блоков гидроакустических приемников 11 (БГП) и модулей АПО 12, выполненных в едином конструктиве.
Аппаратура предварительной обработки АПО1, АПО2 и модули АПО антенны A3 10 через шину 2 соединены с центральной вычислительной системой (ЦВС) 1. В ЦВС 1 передаются сигналы управления с пультовых приборов, а сигналы различного типа с ЦВС через общие шины 2 передаются (или принимаются) на все системы ГАК. Обработанная в системах комплекса информация через шины 2 и ЦВС 1 передается на пультовые приборы или во внешние системы (фиг. 1).
Конструктивные и иные характеристики отдельных узлов и элементов, составляющих заявляемую систему шумопеленгования ГАК ПЛ, известны из литературы. Описание структуры ГАК и отдельных подсистем и систем представлено в [6, 9].
Антенны 4, 7, 10 являются приемными и предназначены для преобразования акустических сигналов в электрические. Сведения о конструкциях и типах антенн представлены в [8-10]. В частности, основная носовая антенна А1 представляет собой ферму цилиндрической, квазисферической или иной формы [6, 8, 9]. На этой ферме размещаются гидроакустические приемники, которые соединяются с многоканальной АПО. Многоэлементная антенна A3 может состоять, например, из шланговых модулей, в каждом из которых размещены чувствительные гидроакустические приемники и малогабаритные схемы аппаратуры предварительной обработки [10]. Аналогичные модули с встроенными гидроакустическими приемниками и электронными блоками используются в конструкциях ГПБА [6, 10].
Аппаратура предварительной обработки 5, 9, 12 выполняется на аналого-цифровых средствах. Основные функции АПО - усиление и фильтрация. В зависимости от построения схемы обработки в АПО может быть реализовано преобразование данных из аналогового вида в цифровой [6]. Передача информации от АПО в общую шину осуществляется в цифровом формате по электрическим или волоконно-оптическим линиям связи [1, 4, 6, 7].
Работой ГАК управляют операторы с пультовых приборов. По умолчанию основным режимом работы ГАК ПЛ является приемный, поэтому система шумопеленгования оперативно включена. При этом включенными являются подсистемы ШП-СЧ и ШП-НЧ с антенной A3, размещенной на основной носовой антенне А1. После выпуска антенны А2 (ГПБА) в НЧ-диапазоне дополнительно появляется информация с кормовых секторов, приходящая с антенны А2.
Введение в систему шумопеленгования ГАК новых существенных признаков обеспечивает заявленный технический эффект, связанный с расширением возможностей ГАК и повышением эффективности его функционирования. В частности:
- сектор обзора подводной обстановки на низких частотах (ниже 500 Гц) дополняется до 360° за счет комплектования ГАК носовой звукопрозрачной антенной A3;
- ликвидируется неоднозначность определения пеленга в общих для ГПБА и антенны A3 секторах обзора;
- обеспечивается работа в НЧ-диапазоне в носовых секторах обзора без выпуска ГПБА.
Заявляемое изобретение расширяет технические возможности наблюдения подводной обстановки и может быть использована в качестве системы шумопеленгования ГАК ПЛ различных типов.
Источники информации
1. Патент РФ №2281528. Гидроакустический комплекс подводной лодки. МПК G01S 15/87. Заявл. 13.10.2004, опубл. 10.08.2006, бюлл. 22.
2. Свидетельство на полезную модель №20388. Гидроакустический комплекс подводной лодки. МПК G01S 3/80, G01S 15/00. Заявл. 11.03.2001, опубл. 27.10.2001, бюлл. 30.
3. Свидетельство на полезную модель №24736. Гидроакустический комплекс подводной лодки. МПК G01S 15/00. Заявл. 21.02.2002, опубл. 20.08.2002, бюлл. 23.
4. TSM 2233. Sonar System for Submarine. Проспект фирмы Thomson Marconi Sonar, France.
5. Патент РФ на полезную модель №50004. Гидроакустический комплекс неатомной подводной лодки. МПК G01S 3/80. Заявл. 03.05.2005, опубл. 10.12.2005, бюлл. 34.
6. Корякин Ю.А., Смирнов С.А., Яковлев Г.В. Корабельная гидроакустическая техника. СПб: Наука, 2004.
7. Патент РФ на полезную модель №122494. Гидроакустический комплекс подводной лодки. МПК G01S 3/80. Заявл. 05.07.2012, опубл. 27.11.2012, бюлл. 33 (ПРОТОТИП).
8. Смарышев М.Д., Добровольский Ю.Ю. Гидроакустические антенны. Л.: Судостроение, 1984.
9. Справочник по гидроакустике. Л.: Судостроение, 1988.
10. Патент РФ 2417383. Гибкая протяженная гидроакустическая цифровая кабельная антенна. МПК G01S 7/52. Заявл. 19.02.2010, опубл. 27.04.2011, бюл. 12.