СПОСОБ ДВУСТОРОННЕЙ СВЯЗИ С ПОДВОДНЫМ ОБЪЕКТОМ
METHOD OF TWO-WAY COMMUNICATION WITH UNDERWATER OBJECT

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при организации двухсторонней связи погруженного в водную среду объекта, например подводной лодки, с подводным, надводным, наземным и воздушным объектами, в том числе при покрытии водной поверхности льдами.
Вопросы высококачественной связи подводного объекта с подводным, надводным, наземным и воздушным объектами были и остаются очень актуальными. Это связано с особенностями распространения электромагнитных волн в морской воде, которое находится в сильной спектральной зависимости от электрических параметров водной среды. Кроме того, для обеспечения электромагнитной доступности необходимо использовать сверхдлинноволновый диапазон длин радиоволн, а также необходимо использовать комбинированные системы для осуществления связи с подводным объектом. Все эти факторы существенно осложняют осуществление подводной связи высокого качества.
В аналогах, приведенных ниже, для приема электромагнитных волн, несущих информацию, используют горизонтальные антенны. Это обусловлено следующим. Наземные, надводные и воздушные объекты при передаче электромагнитных волн используют вертикальные антенны. При этом горизонтальная составляющая электрического поля, которое появляется при излучении, больше, чем при излучении с помощью горизонтальной антенны. Это обусловлено распространением электромагнитных волн вдоль поглощающей водной поверхности. Кроме этого вертикальная электрическая составляющая меняет свое значение скачком при переходе через плоскость раздела воздух - водная среда и становится значительно меньше горизонтальной составляющей, в то время как горизонтальная электрическая составляющая, в т.ч. и магнитная, при переходе плоскости раздела воздух - водная среда остается без изменения. Поэтому прием электромагнитных волн в водной среде производят на антенну горизонтальной поляризации или на магнитную антенну (В.Е.Кашпровский, Ф.А.Кузубов. Распространение средних радиоволн земным лучом. - М.: Связь, 1971, с.38, 107).
Известен способ двухсторонней связи с подводным объектом, в котором для приема и передачи сообщения с подводного объекта излучают акустическую волну в направлении заданного участка поверхности моря и в этот же тракт направляют информацию в виде модулированного сигнала электромагнитной волны, который принимает абонент в воздухе или через ретранслятор в воздухе на суше или на надводном объекте. При посылке сообщения на подводный объект используют способ электромагнитного облучения передающей антенной участка поверхности моря, озвученного акустической волной из глубины моря (Патент РФ № 2134023, опубл. 27.07.99).
Недостатками известного способа являются ограничение функциональных возможностей системы связи поиском и поддержанием электромагнитного контакта в зоне освещенности приемо-передающих антенн воздушного объекта на поверхности, озвученной акустической волной из глубины моря, а также низкая техническая надежность, обусловленная зависимостью работы системы от возмущенности водной поверхности и использования воздушных ретрансляторов.
Известен способ связи объектов под водой, в котором формируют канал в жидкой среде посредством лазера и вдоль получившегося канала посылают информационный сигнал, в том числе и для двухсторонней связи (Патент РФ № 2230436, опубл. 10.06.04).
Недостатками этого способа являются ограничение функциональных возможностей системы связи поиском и поддержанием электромагнитного контакта в ограниченной зоне при фиксировании относительно канала, а также применением электромагнитных волн оптического диапазона.
Для организации связи с подводным объектом на сверхдлинных радиоволнах в настоящее время применяют погруженные антенны, представляющие собой протяжные кабельные буксируемые антенные устройства или магнитные рамочные (А.Долбня. История развития связи с подводными лодками // Морской сборник. - М.: Красная звезда, 2006, № 5, с.42-44).
Известна буксируемая низкочастотная подводная система, в которой обнаружение и связь с подводным объектом обеспечивают передачей и приемом сверхдлинноволновых сигналов при работе буксируемой за надводным объектом протяженной поверхностной антенной решетки (Заявка США № 2004125701, опубл. 10.07.04).
Недостатками названной системы являются ограничение функциональных возможностей системы связи из-за ограничений маневрирования надводного объекта, а также ограниченный диапазон используемых частот.
Известен способ связи с подводным объектом, в котором прием сверхдлинных радиоволн (на частоте 14-30 кГц) и сверхнизких частот (на частоте 76 Гц) осуществляют на буксируемую кабельную антенну шлейфового типа AS-1554 BRM (20), выпускаемую за корпус подводной лодки на длину 610 метров с подвсплытием за счет плавучести (И.Сутягин. Средства связи атомных подводных лодок типа «Лос-Анджелес» // 3арубежное военное обозрение, 1995, № 9, с.52-57).
Недостатками этого способа являются ограничение функциональных возможностей системы связи, связанное с практической неосуществимостью передачи сигнала непосредственно с подводного объекта из-за технической невозможности используемой антенны для излучения больших мощностей, а также низкая техническая надежность из-за ограниченной живучести кабельной антенны, которая может использоваться только в интервале определенных скоростей подводного объекта и при ограничении маневренности.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ двухсторонней подводной электромагнитной радиосвязи, включающий передачу и прием радиосигналов с помощью радиостанций и антенн, выполненных в виде разнесенного кабеля с электродами на концах, расположенными на внешней поверхности корпуса подводного судна (Заявка Российской Федерации №2000131472, опубл. 10.01.03).
Недостатками прототипа являются необходимость делать проходные отверстия в корпусе подводного объекта для осуществления электрической связи антенн с радиостанциями, что приводит к ухудшению гидродинамических и эксплуатационных характеристик подводного объекта из-за дополнительных внешних конструкций, при этом апертура самих антенн существенно ограничивается.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в расширении функциональных возможностей систем связи, устанавливаемых на подводных объектах, повышении технической надежности приема и передачи электромагнитных волн для двухсторонней связи с подводным, надводным, наземным и воздушным объектами, а также упрощении конструкций антенн и улучшении их эксплуатационных характеристик.
Для достижения названного технического результата в способе двухсторонней связи с подводным объектом, включающем прием и передачу электромагнитных волн с помощью радиостанции, содержащей имеющий выход радиопередатчик и имеющий вход радиоприемник, и антенны, в качестве активного электрического вибратора антенны используют проводящий корпус подводного объекта, устанавливают между наиболее удаленными точками подводного объекта в качестве обмотки согласующего трансформатора шунтирующую перемычку, в районе одной удаленной точки устанавливают трансформатор, подсоединяют его к шунтирующей перемычке и соединяют его с входом радиоприемника, в районе другой удаленной точки также устанавливают трансформатор, подсоединяют его к шунтирующей перемычке и соединяют его с выходом радиопередатчика, причем трансформаторы устанавливают от наиболее удаленных точек на расстоянии, обеспечивающем оптимальное согласование рабочих частот. В качестве наиболее удаленных точек используют носовую и кормовую точки.
Отличительными признаками предложенного способа являются следующие:
- использование проводящего корпуса подводного объекта в качестве активного электрического вибратора антенны;
- установление между наиболее удаленными точками подводного объекта шунтирующей перемычки в качестве обмотки согласующего трансформатора;
- установление в районах наиболее удаленных точек трансформаторов, подсоединение их к шунтирующей перемычке;
- соединение одного трансформатора с входом радиоприемника, другого трансформатора - с выходом радиопередатчика;
- установление трансформаторов от наиболее удаленных точек на расстоянии, обеспечивающем оптимальное согласование рабочих частот;
- использование в качестве наиболее удаленных точек носовой и кормовой точек. Это позволяет осуществлять надежную двухстороннюю подводную связь подводного объекта с другим подводным, надводным, наземным или воздушным объектами без ограничения маневренности подводного объекта.
Предлагаемый способ поясняется чертежом, на котором изображен разрез подводного объекта.
На схеме показаны корпус 1 подводного объекта (ПО), выполняющий роль активного электрического вибратора, шунтирующая перемычка 2, соединяющая носовую точку 3 ПО и кормовую точку 4 ПО, трансформатор 5, связанный электрически с шунтирующей перемычкой 2 и соединенный с входом 6 радиоприемника 7, трансформатор 6, также связанный электрически с шунтирующей перемычкой 2 и соединенный с выходом 9 радиопередатчика 10.
Способ осуществляется следующим образом.
Корпус 1 подводного объекта (ПО) выполняет роль активного электрического вибратора антенны. Носовую точку 3 ПО и кормовую точку 4 ПО соединяют шунтирующей перемычкой 2. В качестве шунтирующей перемычки 2 используют проводник, заключенный в оболочку (не показана). Шунтирующую перемычку 2 используют в качестве обмотки согласующего трансформатора для связи с радиоприемником 7 и радиопередатчиком 10. Ближе к носовой точке 3 устанавливают трансформатор 5, электрически подсоединяют его к шунтирующей перемычке 2 и затем соединяют с входом 6 радиоприемника 7. Ближе к кормовой точке 4 ПО устанавливают трансформатор 8, электрически подсоединяют его к шунтирующей перемычке 2 и затем соединяют его с выходом 9 радиопередатчика 10. Причем расстояния установки трансформаторов от кормовой и носовой точек определяются оптимальным согласованием рабочих частот. Шунтирующая перемычка 2 обеспечивает электрическую развязку, связь и согласование электрического вибратора 1 с радиоприемником 7 и радиопередатчиком 10. Для передачи информации электрические колебания с выхода 9 радиопередатчика 10 поступают на трансформатор 8 и шунтирующую перемычку 2 и возбуждают электрический вибратор 1, при этом излучаются электромагнитные волны, несущие информацию. Эти электромагнитные волны принимает другой объект (подводный или надводный, или воздушный). Прием информации подводным объектом осуществляют следующим образом: при передаче с другого объекта электромагнитных волн, несущих информацию, на корпусе 1 подводного объекта наводится ЭДС, которая создает электромагнитные волны, которые далее через шунтирующую перемычку 2 и трансформатор 5 поступают на вход 6 радиоприемника 7.
Предложенный способ двухсторонней связи с подводным объектом позволяет коммутировать любые токи и напряжения, в т.ч. позволяет создавать излучение высокой мощности. Способ также позволяет производить передачу и прием из подводного положения, не снижая маневренности подводного объекта. Кроме того, способ очень прост, надежен в эксплуатации и мало зависит от возмущенности водной поверхности.