ГИДРОАКУСТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ОСВЕЩЕНИЯ ПОДВОДНОГО ПРОСТРАНСТВА

Полезная модель относится к области гидроакустической техники и может быть использована в составе оборудования, обеспечивающего воспроизведение рельефа дна в реальном масштабе времени.
Известно устройство гидроакустической системы для освещения подводного пространства на основе многоканального технологического комплекса для исследования шельфа, содержащее модуль гидролокатора бокового обзора (ГБО), модуль сейсмоакустического профилографа, модуль эхолота, навигационную систему, блок обработки и регистрации, блок оперативной контрольной информации, блок синхронной индикации и регистрации, коммутатор режимов работы, причем ГБО содержит буксируемую на кабель-тросе гондолу, которая оснащена гидроакустическими антеннами, аналого-цифровым преобразователем, управляющим компьютером с монитором и блоками графической и магнитной регистрации. (Свидетельство на полезную модель РФ №16406, МПК G01V 1/38, G05D 27/00, опубл. 27.12.2000 г.)
Недостатком устройства является невозможность воспроизведения с его помощью рельефа дна и наличие невидимой зоны в центре полосы обзора.
Известно устройство гидроакустической системы для освещения подводного пространства на основе морского геоакустического комплекса «МАК», содержащее бортовой модуль судна-носителя, соединенный кабель-тросом с буксируемым аппаратным модулем, включающим последовательно соединенные блок сбора данных измерений и блок регистрации и обработки информации,, при этом забортный буксируемый модуль включает гидролокатор бокового обзора (ГБО) дальнего действия, ГБО высокого разрешения,, акустический профилограф, эхолот, гидроакустическую навигационную систему, синтезатор зондирующих сигналов, интерфейс сигналов управления, датчики пространственного положения буксируемого модуля, блок цифровых датчиков, блок датчика давления и аналоговых датчиков, интерфейс аналоговых датчиков, кабельный интерфейс, цифровой приемопередатчик, одноплатную ЭВМ и блок питания буксирного модуля, связанные посредством системной шины данных и управления, причем выходы синтезатора зондирующих сигналов подключены к первым входам гидролокатора обзора дальнего действия, гидролокатора бокового обзора высокого разрешения, акустического профилографа, эхолота и маяка-ответчика, входы-выходы интерфейса сигналов управления подключены ко вторым входам блоков гидролокатора бокового обзора дальнего действия, гидролокатора бокового обзора высокого разрешения, акустического профилографа, эхолота и маяка-ответчика, выходы которых подключены к входам кабельного интерфейса, с входом-выходом которого связан цифровой приемопередатчик. (Свидетельство на полезную модель РФ №38233, МПК G01V 1/38, G05D 27/00, опубл. 27.05.2004 г.)
Недостатком устройства также является невозможность воспроизведения рельефа дна и наличие невидимой зоны.
Известна гидроакустическая система для освещения подводного пространства, содержащая блоки антенн левого и правого бортов, выходы которых соединены с соответствующими последовательно включенными приемными усилителями и аналого-цифровыми преобразователями, а входы соединены с выходами усилителей мощности, измеритель крена, модуль формирования, приема и упаковки сигналов, ко входам которого подключены аналого-цифровые преобразователи, усилители мощности и измеритель крена, блок интерфейса, навигационную систему и бортовой компьютер, причем ко входу бортового компьютера подключены выход навигационной системы и через блок интерфейса выход модуля формирования, приема и упаковки сигналов, а также блоки приемной антенны профилографа и первую и вторую антенны накачки профилографа. (Матвиенко Ю.В., Воронин В.А., Тарасов С.П., Скнаря А.В., Тутынин Е.В. Пути совершенствования гидроакустических технологий обследования морского дна с использованием автономных необитаемых подводных аппаратов / Подводные исследования и робототехника. 2009. №2(8) с. 4-15).
Благодаря использованию интерферометрических гидролокаторов бокового обзора (ИГБО) устройство позволяет воспроизводить рельеф дна. Однако в полосе его обзора по-прежнему сохраняется невидимая зона. Кроме того, построение точного рельефа возможно лишь в процессе вторичной обработки с использованием данных, полученных на разных галсах. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой полезной модели (прототипом) является известная гидроакустическая система освещения подводного пространства, содержащая блоки антенн левого и правого бортов, выходы которых соединены с соответствующими последовательно включенными приемными усилителями и аналого-цифровыми преобразователями, а входы соединены с выходами усилителей мощности, измеритель крена, модуль формирования, приема и упаковки сигналов, ко входам которого подключены аналого-цифровые преобразователи, усилители мощности и измеритель крена, блок интерфейса, навигационную систему и бортовой компьютер, причем ко входу бортового компьютера подключены выход навигационной системы и через блок интерфейса выход модуля формирования, приема и упаковки сигналов, антенну многолучевого эхолота, последовательно соединенные блок приемных усилителей и блок аналого-цифровых преобразователей, включенный между выходом антенны многолучевого эхолота и модулем формирования, приема и упаковки сигналов, блок усилителей мощности, включенный между входом антенны многолучевого эхолота и выходом модуля формирования, приема и упаковки сигналов, а также подключенный ко входу этого блока измеритель глубины (Патент РФ №2461845 от 28.04.2011 г., МПК G01S 15/89). Недостатком этого устройства является невозможность обеспечения профилирования верхних слоев донных осадков, поиска объектов на дне и в водной толще, поиска заиленных объектов.
Техническим результатом полезной модели является обеспечение возможности профилирования верхних слоев донных осадков, поиска объектов на дне и в водной толще, поиска заиленных объектов.
Технический результат достигается за счет того, что гидроакустическая система освещения подводного пространства, содержащая блоки антенн левого и правого бортов, выходы которых соединены с соответствующими последовательно включенными приемными усилителями и аналого-цифровыми преобразователями, а входы соединены с выходами усилителей мощности, измеритель крена, модуль формирования, приема и упаковки сигналов, к входам которого подключены аналого-цифровые преобразователи, усилители мощности и измеритель крена, блок интерфейса, навигационную систему и бортовой компьютер, причем к входу бортового компьютера подключены выход навигационной системы и через блок интерфейса выход модуля формирования, приема и упаковки сигналов, антенну многолучевого эхолота, последовательно соединенные блок приемных усилителей и блок аналого-цифровых преобразователей, включенные между выходом антенны многолучевого эхолота и модулем формирования, приема и упаковки сигналов, блок усилителей мощности, включенный между входом антенны многолучевого эхолота и выходом модуля формирования, приема и упаковки сигналов, а также подключенный к входу этого блока измеритель глубины, снабжена низкочастотным модулем, включающим приемный и передающий тракты, причем передающий тракт содержит последовательно включенные усилитель мощности и излучающую антенну, при этом вход усилителя мощности подключен к выходу модуля формирования, приема и упаковки сигналов, а приемный тракт содержит последовательно включенные приемную антенну, усилитель и аналого-цифровой преобразователь, выход которого подключен к входу модуля формирования, приема и упаковки сигналов.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена блок-схема предлагаемого устройства.
Гидроакустическая система освещения подводного пространства содержит блоки антенн левого и правого бортов 1 и 1′, выходы которых соединены с соответствующими последовательно включенными приемными усилителями 2 и 2′ и аналого-цифровыми преобразователями 3 и 3′, а входы соединены с выходами усилителей мощности 4 и 4′, антенну 5 многолучевого эхолота, приемные элементы которой последовательно соединены с входами блоков приемных усилителей 6 и блоками аналого-цифровых преобразователей 7, блок усилителей мощности 8, подключенный к излучающим элементам антенны многолучевого эхолота 5, измеритель крена 9, измеритель глубины 10, модуль формирования, приема и упаковки сигналов 11, блок интерфейса 12, навигационную систему 13 и бортовой компьютер 14, при этом к входам модуля формирования, приема и упаковки сигналов 11 подключены аналого-цифровые преобразователи 3, 3′ и блок аналого-цифровых преобразователей 7, усилители мощности 4, 4′ и блоки усилителей мощности 8, измеритель крена 9, и измеритель глубины 10, а к входам бортового компьютера 14 подключены навигационная система 13 и через блок интерфейса 12 выход модуля формирования, приема и упаковки сигналов 11, низкочастотный модуль, включающий приемный и передающий тракты, причем передающий тракт содержит последовательно включенные усилитель мощности 15 и излучающую антенну 16, при этом вход усилителя мощности 15 подключен к выходу модуля формирования, приема и упаковки сигналов 11, а приемный тракт содержит последовательно включенные приемную антенну 17, усилитель 18 и аналого-цифровой преобразователь 19, выход которого подключен к входу модуля формирования, приема и упаковки сигналов 11.
Устройство работает следующим образом. Все излучаемые сигналы одновременно формируются блоком 11 и последовательно подключаются к блокам усилителей мощности 4, 4′, 8 и 15 и излучающим элементам антенн 1, 1′, 5 и 16. Конструктивно антенны 1, 1′ и 5 выполнены таким образом, что луч каждой из них узок вдоль направления движения, и широк в поперечном направлении, причем сектор обзора антенны 5 приходится на середину полосы обзора дна, а сектора обзора антенн левого и правого бортов 1 и 1′ расположены слева и справа от буксировщика подводного модуля и пересекаются с сектором обзора многолучевого эхолота. Приемные элементы антенны 5 многолучевого эхолота расположены вдоль линии (или дуги, обращенной вниз), лежащей в плоскости, перпендикулярной направлению движения. Блоки антенн каждого борта 1 и 1′ состоят из двух разнесенных по вертикали линейных антенн с характеристикой направленности, узкой в горизонтальной плоскости и широкой в вертикальной. Излучающая антенна 16 размещается вдоль корпуса подводного модуля на его нижней поверхности. Приемная антенна 17 размещается поперек излучающей антенне. Для обеспечения наибольшей протяженности антенны ее элементы монтируются на нижней поверхности стабилизаторов вертикального положения. Рабочие поверхности антенн 16 и 17 обращены вниз. Сигналы с выхода приемных элементов антенн 1, 1′ 5 и 17 усиливаются в блоках 2, 2′, 6 и 18, оцифровываются в блоках 3, 3′, 7 и 19 и поступают в блок 11, в котором происходит упаковка принятых сигналов для последующей передачи их через блок интерфейса 12 на бортовой компьютер 14. К сигналам с приемных антенн 1, 1′, 5 и 17 в блоке 11 примешиваются сигналы с выхода измерителя крена 9 и измерителя глубины 10, к бортовому компьютеру 14 дополнительно подключается навигационная система 13, обеспечивающая необходимые исходные данные для привязки воспроизводимого рельефа дна к географической карте местности.
Обработка сигналов осуществляется в бортовом компьютере 14. Алгоритмы обработки сигналов с выхода элементов приемных антенн многолучевого эхолота 5, блоков антенн 1 и 1′ левого и правого бортов идентичны алгоритмам обработки сигналов в устройстве прототипа. Для многолучевого эхолота также производится формирование характеристик направленности, вычисление корреляционной функции принимаемых сигналов с излученным, определение положения максимума корреляционной функции на временной оси. По сигналам антенн ГБО и ИГБО производится оценка амплитуд и фаз сигналов, по которым производится формирование акустического изображения и рельефа дна.
Обработка сигналов от элементов приемной антенны 17 производится известным способом и включает процедуры формирования характеристик направленности и вычисления корреляционной функции принятого сигнала с излученным. Благодаря использованию низкой рабочей частоты потери на затухание сигнала в грунте снижаются, а благодаря формированию узконаправленного сканирующего луча снижается уровень помехи, обусловленной донной реверберацией. Обнаружение заиленного объекта осуществляется по превышению амплитуды сформированной корреляционной функции над уровнем помех на временной оси правее отметки, соответствующей отметке от поверхности дна.
Полезная модель в отличие от прототипа обеспечивает обнаружение заиленных объектов благодаря использованию низкой рабочей частоты и протяженных приемной и излучающей антенн, расположенных взаимно перпендикулярно.