УСТРОЙСТВО ОБРАБОТКИ ГОЛОГРАФИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

Полезная модель относится к гидроакустическим средствам пассивного действия, а точнее к стационарным устройствам для обнаружения природных и искусственных объектов, погруженных в водную среду и может быть применено для определения их местоположения и построения многомерного образа шумового сигнала от погруженного объекта, позволяющего распознавать его среди подобных ему сигналов, имеющих место в водной среде.
7
Известно устройство, реализующее способ голографирования объекта наиболее близкое по технической сущности заявляемой полезной модели и выбранное в качестве прототипа. Устройство содержит соединенные электрическими связями часть аппаратуры, включающую узел измерительных антенн, в которых соответствующие преобразователи соединены с соответствующими входами соответствующих предварительных усилителей, а также часть, в которой электрическими связями соединены идентификатор, узел отображения и регистрации, и процессор. (Патент 2146830 Российская федерация, МПК G03H 3/00. Способ голографирования объектов и устройство для его реализации / Пушкин С.В.;. заявитель и патентообладатель С.В.Пушкин. - №95105099/28; заявл. 04.04.1995; опубл. 20.03.2000).
В известном устройстве с выходов пары дипольных антенн поступающие сигналы перемножаются друг с другом, дискретизируются, скалярно перемножаются с m-последовательностью, порожденной неприводимым примитивным полиномом над полем Галуа GF (2), с помощью кодирующего коммутатора и прямого быстрого преобразования Уолша, подвергаются обратному преобразованию Уолша и по окончании цикла формируются на декодирующем коммутаторе в виде изображения исследуемого объекта.
Конструкция известного устройства включает наличие общих с заявленной полезной моделью и других существенных признаков. Технический результат аналога достигается тем, что выходы пар акустических приемников подключены через умножитель, аналого-цифровой преобразователь, кодирующие коммутаторы к оперативному запоминающему устройству через блок прямого быстрого преобразования Уолша, формирующего портрет объекта, выходы которого подключены через блок быстрого обратного преобразования Уолша к декодирующему коммутатору изображения объекта
Известное устройство повышает точность голографирования объекта.
Однако, известное устройство не определяет местонахождение объекта и требует дополнительного создания источника когерентного звукового поля, значительно удорожающего конструкцию и не имеет возможности осуществлять сопровождение объекта в случае его перемещения.
Недостатки, присущие прототипу устранены заявленной полезной моделью «Устройство обработки гидроакустической информации о погруженном объекте», технической задачей которой является создание нового устройства для распознавания погруженного в воду объекта, определения его местоположения по его характерному образу, созданному на фоне шума глубоководного течения, принятого за опорное излучение и осуществлять сопровождение в пространстве обнаруженного и распознанного объекта.
Реализация указанной технической задачи предлагаемой полезной модели позволило создать новое устройство обработки гидроакустической информации о погруженном объекте.
Для достижения указанного технического результата предложено «Устройство обработки гидроакустической информации о погруженном теле», содержащее соединенные электрическими связями морскую часть и береговую часть. Морская часть включает узел измерительных антенн, в которых соответствующие преобразователи соединены с соответствующими входами соответствующих предварительных усилителей. В береговой части электрическими связями соединены идентификатор, узел отображения и регистрации, и процессор,
Принципиальным отличием заявленной полезной модели от прототипа являетсая то, что расположенный в морской части узел измерительных антенн включает четыре антенны. Первая и четвертая антенны отстоят друг от друга на вертикальном расстоянии Н, а вторая и третья антенны отстоят друг от друга на горизонтальном расстоянии М. Кроме того, первая и четвертая антенны содержат по k преобразователей каждая, а вторая и третья антенны содержат по 1 преобразователей каждая. В узле измерительных антенн первый выход предварительного усилителя первой антенны соединен с первым входом сумматора, а его второй выход соединен с первым входом фазометра УМ. Первый выход предварительного усилителя второй антенны соединен со вторым входом сумматора, а его второй выход соединен с первым входом фазометра КУ. Первый выход предварительного усилителя третьей антенны соединен с третьим входом сумматора, а его второй выход соединен со вторым входом фазометра КУ. Кроме того, первый выход предварительного усилителя четвертой антенны соединен с четвертым входом сумматора, а его второй выход соединен со вторым входом фазометра УМ. В устройстве морская часть дополнительно содержит узел преобразователя, включающий фазометр угла места, фазометр курсового угла и сумматор, а также узел антенны опорного сигнала с экраном. Выход этого узла соединен с пятым входом сумматора, а выход сумматора соединен с входом узла суммарного сигнала, размещенного в береговой части. Узел измерительных антенн механически связан с узлом механизма управления антенным узлом. Береговая часть дополнительно содержит узел данных угла места, вход которого соединен с выходом фазометра угла места, а также узел данных курсового угла, вход которого соединен с выходом фазометра курсового угла, и узел суммарного сигнала, вход которого соединен с выходом сумматора. Кроме того, в береговой части размещен узел формирования поля, N соответствующих выходов которого соединены с N соответствующими входами процессора, а также пульт управления и база данных, N соответствующих выходов которой соединены с N соответствующими входами процессора, при этом N соответствующих выходов процессора соединены с N соответствующими входами первой группы идентификатора, а группа цифровых сигналов с N соответствующих выходов узла суммарного сигнала поступает на N соответствующих входов второй группы N входов идентификатора. Объединенный сигнал со второго выхода узла суммарного сигнала поступает на первый вход узла отображения и регистрации; а группа цифровых сигналов с N соответствующих выходов узла данных КУ поступает на N соответствующих входов третьей группы N входов идентификатора. Тот же самый объединенный сигнал со второго выхода узла данных КУ поступает на второй вход узла отображения и регистрации. Группа цифровых сигналов с N соответствующих выходов узла данных УМ поступает на N соответствующих входов четвертой группы N входов идентификатора, а объединенный сигнал со второго выхода узла данных УМ поступает на третий вход узла отображения и регистрации. Кроме того, выход идентификатора соединен с входом узла отображения и регистрации. В береговой части размещен пульт управления.
Такое конструктивное решение полезной модели за счет отличительных признаков дало следующие новые технические эффеты:
- применение узла антенны опорного сигнала с экраном позволило в качестве опорного сигнала использовать звуковую энергию глубоководного течения, имеющего место в районе нахождения устройства, которое улучшило конструкционно-технологические и энергетические показатели заявленного устройства;
- применение фазометров угла места и курсового угла позволило определять пространственное направление на шумящий объект, причем изменяя количество преобразователей k и l в соответствующих антеннах, можно добиться выбранной точности измерения угловых координат;
- перемещение узла измерительных антенн в горизонтальной плоскости позволило определять дистанцию до объекта решением тригонометрической задачи по нескольким направлениям на объект, выявило дополнительный параметр, увеличивающий точность определения места объекта;
- применение процессора с базой данных и использующего свойства прямого и обратного преобразований Уолша на поле Галуа позволило достоверно распознавать шумящие объекты по имеемым в базе данных «звуковым портретам».
Дополнительным отличием является то, что морская часть включает жестко закрепленное основание морской части, с возможностью размещения морской части в заглубленном состоянии в водной среде на твердом донном грунте, обусловленного требованиями эксплуатации заявленного устройства. Кроме того, береговая часть стационарно размещена вне водной среды в специализированном помещении для обеспечения доступа операторам к аппаратуре анализа.
Другим дополнительным отличием является то, что k-преобразователей всегда количественно больше 1-преобразователей. Это необходимо для формирования характеристик направленности в различных плоскостях.
Для обеспечения герметичности каналов электрической связи все выходы всех предварительных усилителей объединены в общий кабель с гидроизоляцией, а выход узла антенны опорного сигнала с экраном размещен в соответствующий кабель с гидроизоляцией. Помимо этого пульт управления соединен с узлом механизма управления антенным узлом электрическим каналом прямой и обратной связи, встроенным в общий герметизированный кабель.
Еще дополнительными отличиями является то, что узел данных УМ и узел данных КУ образованы соответствующими аналого-цифровыми преобразователями, соединенными с соответствующими оперативными запоминающими устройствами. Это обусловлено необходимостью быстрой обработки информации и ее документирования.
Другими дополнительными отличиями, обеспечивающими надежность заявленного устройства, является то, что все предварительные усилители узла измерительных антенн выполнены многоканальными, а узел механизма управления антенным узлом использован с возможностью управления узлом измерительных антенн в горизонтальной и в вертикальной плоскостях. Сущность полезной модели поясняется чертежами:
Фиг.1. Устройство обработки гидроакустической информации о погруженном объекте. Структурно-функциональная схема.
Фиг.1а. Устройство обработки гидроакустической информации о погруженном объекте. Функциональная схема узла преобразователя (укрупненно).
Фиг.2. Устройство обработки гидроакустической информации о погруженном объекте. Структурная схема морской части.
Фиг.3. Устройство обработки гидроакустической информации о погруженном объекте. Схема работы фазометра УМ (укрупнено).
Фиг.4. Устройство обработки гидроакустической информации о погруженном объекте. Схема работы фазометра КУ (укрупнено).
Фиг.5. Устройство обработки гидроакустической информации о погруженном объекте. Схема работы сумматора Σ (укрупнено).
На фиг.1. представлена структурно-функциональная схема устройства обработки гидроакустической информации о погруженном объекте, в состав которой входят:
1. Морская часть.
1.1.Узел измерительных антенн.
1.1.1. Первая антенна с предварительным усилителем.
1.1.2. Вторая антенна с ПУ (предварительным усилителем).
1.1.3. Третья антенна с ПУ (предварительным усилителем).
1.1.4. Четвертая антенна с предварительным усилителем.
1.2. Узел преобразователя.
1.2.1. Фазометр УМ.
1.2.2. Фазометр КУ.
1.2.3. Сумматор Σ.
1.2.4. Общий герметизированный кабель.
1.3. Узел антенны опорного сигнала с экраном.
1.4. Узел механизма управления антенным узлом.
1.5. Основание морской части.
2. Береговая часть.
2.1. Узел данных УМ.
2.2. Узел данных КУ.
2.3. Узел суммарного сигнала Σ.
2.4. Узел формирования поля.
2.5. Пульт управления.
2.6. Узел отображения и регистрации.
2.7. Идентификатор.
2.8. Процессор.
2.9. База данных.
Устройство содержит морскую часть 1, фиг.1, включающую электронные приборы, связанные электрическими связями и узел механизма управления антенным узлом 1.4. фиг.1., механически связанный с узлом измерительных антенн 1.1. фиг.1. Морская часть 1 фиг.1. жестко закреплена на основании морской части 1.5. фиг.1.
Электрические связи узла измерительных антенн 1.1. фиг.1 соединены с узлом преобразователя 1.2. фиг.1. и объединены в общий кабель с гидроизоляцией.
Электрические связи узла антенны опорного сигнала с экраном 1.3. фиг.1. с узлом преобразователя 1.2. фиг.1. объединены в общий кабель с гидроизоляцией.
Вся морская часть 1 фиг.1. размещена в заглубленном состоянии в водной среде на твердом донном грунте. В морской части 1. фиг.1. узел измерительных антенн включает четыре антенны, а электрические связи преобразователя 1.2. фиг.1. и узла механизма управления антенным узлом 1.4. фиг.1. с береговой частью 2. Фиг.1. объединены в общий кабель с гидроизоляцией 1.2.4..
Указанные электрические связи раскрыты в фиг.1а.
Вся береговая часть 2. фиг.1. стационарно размещена вне водной среды в специализированном служебном помещении.
Пульт управления 2.5. фиг.1. конструктивно расположен в береговой части 2. фиг.1. Остальные приборы береговой части соединены электрическими связями между собой соответствующим образом.
Узел данных УМ 2.1. фиг.1 и фиг.1а образован соответствующим аналого-цифровым преобразователем (не указанным на фиг.1 и фиг.1а), соединенным с соответствующим оперативным запоминающим устройством (не указанным на фиг.1 и фиг.1а).
Узел данных КУ 2.2. фиг.1 и фиг.1а образован соответствующим аналого-цифровым преобразователем (не указанным на фиг.1 и фиг.1а), соединенным с соответствующим оперативным запоминающим устройством (не указанным на фиг.1 и фиг.1а).
Узел суммарного сигнала 2.3. фиг.1 и фиг.1а образован спектр-анализатором (не указанным на фиг.1 и фиг.1а), соединенным с соответствующим аналого-цифровым преобразователем (не указанным на фиг.1 и фиг.1а), соединенным с соответствующим оперативным запоминающим устройством (не указанным на фиг.1 и фиг.1а); при этом, первая группа выходов узла данных УМ 2.1. фиг.1 соединена соответствующим N-жильным кабелем с первой группой N-входов узла отображения и регистрации, то есть объединенный сигнал со второго выхода узла данных УМ поступает на третий вход узла отображения и регистрации, а группа управляющих сигналов с N соответствующих выходов узла данных УМ поступает на N соответствующих входов четвертой группы N входов идентификатора, выход идентификатора 2.7 соединен с входом узла отображения и регистрации 2.6; вторая группа выходов узла данных УМ 2.1. фиг.1. соединена соответствующим N-жильным кабелем с первой группой N-входов идентификатора 2.7. фиг.1;первая группа выходов узла данных КУ 2.2. фиг.1. соединена соответствующим N-жильным кабелем со второй группой N входов узла отображения и регистрации, а группа цифровых сигналов с N соответствующих выходов узла данных КУ 2.2. фиг.1. поступает на N соответствующих входов третьей группы N-входов идентификатора 2.7. фиг.1; а объединенный сигнал со второго выхода узла данных КУ поступает на второй вход узла отображения и регистрации; а группа цифровых сигналов с N соответствующих выходов узла суммарного сигнала Σ 2.3. фиг.1 поступает на N соответсвующих входов второй группы входов идентификатора 2.7. фиг.1.
N соответствующих выходов узла формирования поля соединены с N соответствующими входами процессора 2.8. фиг.1, а N соответствующих входов процессора 2.8. фиг.1. соединена с N соответствующими выходами базы данных 2.9. фиг.1.
N соответствующих выходов процессора 2.8. фиг.1 соединены с N соответствующими входами идентификатора 2.7. фиг.1.
Объединенный сигнал со второго выхода узла суммарного сигнала поступаветна первый вход узла отображения и регистрации 2.6. фиг.1.
Выход идентификатора 2.7. фиг.1 соединен электрической связью с входом узла отображения и регистрации 2.6. фиг.1.
На фиг.1а представлена функциональная схема узла преобразователя. Укрупненно изображен узел преобразователя 1.2. фиг.1а, включающий:
- 1.2.1. Фазометр УМ (угла места).
Первый вход фазометра УМ 1.2.1. фиг 1а соединен электрической связью со вторым выходом предварительного усилителя первой антенны 1.1.1. фиг.1a.
Второй вход фазометра УМ 1.2.1. фиг 1а соединен электрической связью со вторым выходом предварительного усилителя четвертой антенны 1.1.4. фиг.1а.
Выход фазометра УМ 1.2.1. фиг 1а соединен электрической связью со входом узла данных УМ 2.1. фиг.1а береговой части.
- 1.2.2. Фазометр КУ (курсового угла).
Первый вход фазометра КУ 1.2.2. фиг 1а соединен электрической связью со вторым выходом предварительного усилителя второй антенны 1.1.2. фиг.1а.
Второй вход фазометра КУ 1.2.2. фиг.1а соединен электрической связью со вторым выходом предварительного усилителя третьей антенны 1.1.3. фиг.1а.
Выход фазометра КУ 1.2.1. фиг.1а соединен электрической связью с входом узла данных КУ 2.2. фиг.1а береговой части.
- 1.2.3. Сумматор Σ.
Первый вход сумматора Σ 1.2.3. фиг.1a соединен электрической связью с первым выходом предварительного усилителя первой антенны 1.1.1. фиг.1а.
Второй вход сумматора Σ 1.2.3. фиг.1а соединен электрической связью с первым выходом предварительного усилителя второй антенны 1.1.2. фиг.1а.
Третий вход сумматора Σ 1.2.3. фиг.1а соединен электрической связью с первым выходом предварительного усилителя третьей антенны 1.1.3. фиг.1а.
Четвертый вход сумматора Σ 1.2.3. фиг.1а соединен электрической связью с первым выходом предварительного усилителя четвертой антенны 1.1.4. фиг.1а.
Пятый вход сумматора Σ 1.2.3. фиг.1а соединен электрической связью с выходом антенны опорного сигнала с экраном 1.3. фиг.1а.
Выход сумматора Σ 1.2.3. фиг.1а соединен электрической связью с входом узла суммарного сигнала 2.3. фиг.1а, размещенного в береговой части.
Электрические связи с береговой частью заведены в общий кабель с герметизацией.
На фиг.2. представлена структурная схема морской части (укрупненно). Дополнительно изображены:
- антенна опорного сигнала с экраном 1.3. фиг.1, 2, включающая:
- антенну опорного сигнала 1.3.1. фиг.2., выполненную в форме сферического акустического преобразователя, соединенного электрическим связями с преобразователем 1.2. фиг.2. Электрические связи заведены в общий кабель с герметизацией;
- экран антенны опорного сигнала 1.3.2. фиг.2., выполненный в форме параболоида вращения и жестко закрепленного к корпусу преобразователя 1.2. фиг.2;
- основание морской части 1.5. фиг.1, 2, включающее:
- балласт основания 1.5.1. фиг.2, выполненный в виде литого цилиндра, служащего опорой для механизма управления блоком антенн 1.4. фиг.2. и жестко с ним соединенного;
- платформу основания 1.5.2. фиг.2, жестко соединенную с балластом основания 1.5.1. фиг.2;
- кабель 1.2.4. фиг.2. (показан структурно), выполненный в герметичном исполнении с электрическим связями к береговой части.
На фиг.3. представлена схема работы фазометра УМ (укрупненно), структурно включающая k-преобразователей в составе первой антенны с предварительным усилителем 1.1.1. фиг.3. и идентичное количество k-преобразователей в составе четвертой антенны с предварительным усилителем 1.1.4. фиг.3. Антенны разнесены друг от друга на вертикальном расстоянии (на величину базы) Н.
На фиг.4. представлена схема работы фазометра КУ (укрупнено), структурно включающая 1-преобразователей в составе второй антенны с предварительным усилителем 1.1.2. фиг.4. и идентичное количество 1-преобразователей в составе третьей антенны с предварительным усилителем 1.1.3. фиг.4. Антенны разнесены друг от друга на горизонтальном расстоянии (на величину базы) М.
На фиг.5. представлена схема работы сумматора Σ (укрупнено), представляющая общий вид подключения связей 1.1.1., 1.1.2., 1.1.3. и 1.1.4. к сумматору Σ. Электрические связи заведены в общий кабель с герметизацией.
Устройство работает следующим образом.
Первая, вторая, третья и четвертая антенны с предварительными усилителями узла измерительных антенн 1.1. в морской части устанавливают широко известным способом, как принято в науке и технике до даты приоритета так, чтобы они принимали все звуковые сигналы окружающей водной среды. Узел антенны опорного сигнала 1.3. фиг.1 принимает звуковой сигнал, формируемый подводным течением в районе установки морской части и сигнал, формируемый водной поверхностью. Узел измерительных антенн 1.1. фиг.1 принимает звуковые сигналы водной среды, исходящие от биологических объектов, искусственных объектов, передвигающихся в водной среде относительно морской части 1. фиг.1, фиг.1а устройства и не имеющих движения относительно этой части, от взволнованной водной поверхности и от перемещения водных масс в донной части района установки устройства. Первая и четвертая антенны с предварительными усилителями, 1.1.1. и 1.1.4. фиг.1, фиг.1а, соответственно, соединены с фазометром УМ 1.2.1. фиг.1 и фиг.1а таким образом, что сигналы складываются в этом блоке узла преобразователя 1.2. фиг.1, фиг.1а в противофазе. Сигнал, принимаемый от источника звука, находящегося на линии визирования, двумя разнесенным в пространстве антеннами 1.1.1. и 1.1.4. фиг.1 и фиг.1а, не имеет запаздываний по фазе. Складываясь в противофазе, первично обработанный принимаемый сигнал дает на выходе нулевой результирующий сигнал, соответствующий направлению, совпадающему с линией визирования. Чем дальше в угловом исчислении источник принимаемого сигнала отстоит от линии визирования, тем большая разность фаз фиксируется фазометром УМ 1.2.1 фиг.1 и фиг.1а. Узел отображения и регистрации 2.6 фиг.1, проградуированный в величинах угла, зависящих от разности фаз, указывает изменение направления на источник звука относительно линии визирования в вертикальной плоскости. В этом случае происходит измерения угла места объекта, погруженного в воду. Вторая и третья антенны с предварительными усилителями 1.1.2. и соответственно 1.1.3. фиг.1 и фиг.1а соединены с фазометром КУ 1.2.2 фиг.1 и фиг.1а таким образом, что первично обработанные принимаемые сигналы складываются в этом блоке узла преобразователя 1.2. фиг.1 и фиг.1а в противофазе. Сигнал, принимаемый от источника звука, находящегося на линии визирования, двумя разнесенным в пространстве антеннами 1.1.2. и 1.1.3.соответственно, не имеет запаздываний по фазе. Складываясь в противофазе, первично обработанный принимаемый сигнал дает на выходе нулевой результирующий сигнал, соответствующий направлению, совпадающему с линией визирования. Чем дальше в угловом исчислении источник сигнала отстоит от линии визирования в горизонтальной плоскости, тем большая разность фаз фиксируется фазометром КУ 1.2.2. фиг.1 и фиг.1а. Узел отображения и регистрации 2,6, фиг.1, проградуированный в величинах угла, зависящих от разности фаз, фиксирует изменение направления на источник звука относительно линии визирования в горизонтальной плоскости. В этом случае происходит измерения курсового угла объекта, погруженного в воду. Смесь сигналов от водных объектов, биологических шумов моря, шумов водной поверхности и донного течения со вторых выходов предварительных усилителей четырех антенн узла измерительных антенн 1.1. фиг.1 и фиг.1а, суммируются в сумматоре Σ 1.2.3. фиг.1, фиг.1а и фиг.5, накладываются на шумы водной поверхности и шумы донного течения в противофазе. В результате из сложной смеси сигналов выделяются биошумы и шумы тел искусственного происхождения, погруженных в водную среду. Аналоговые данные (значения угла места объекта, значения курсового угла и информация об погруженных объектах в координатах «амплитуда - частота») по общему герметизированному кабелю 1.2.4. фиг.1 поступают в береговую часть 2 фиг.1 заявленного устройства. Значения угла места объекта с помощью аналого-цифрового преобразователя преобразуются в цифровую кодовую последовательность и на экране узла отображения и регистрации 2.6. фиг.1 отображают значения угла места объекта. Со второго выхода узла данных УМ 2.1. фиг 1 кодовая последовательность поступает в идентификатор 2.7. фиг.1 для осуществления привязки распознанного объекта к координатам угла места. Значения курсового угла объекта с помощью аналого-цифрового преобразователя преобразуются в цифровую кодовую последовательность и на экране узла отображения и регистрации 2.6. фиг 1 фиксируют значения курсового угла объекта. Со второго выхода узла данных КУ 2.2. фиг.1 кодовая последовательность поступает в идентификатор 2.7. фиг 1 для осуществления привязки распознанного объекта к координатам курсового угла.
Узел. база данных 2.9 фиг.1 имеет библиотеку классов целей, состоящих из S классов погруженных объектов, как например, «надводный корабль», «подводная лодка», «торпеда», «биологический объект» и др. Каждый представитель библиотеки классов имеет стандартный набор сведений, совместимый с матрицей, порожденной неприводимым полиномом над полем Галуа, для сравнения со сведениями, поступающими в идентификатор 2.7. фиг.1с узла суммарного сигнала 2.3 фиг.1.
Входящий в состав узла отображения и регистрации 2.6. фиг.1 модуль триангуляции, не указанный на чертеже, позволяет способом, широко известным в науке и применяемым в технике, определить дистанцию до объекта.
Таким образом, заявленная полезная модель «Устройство обработки гидроакустической информации о погруженном объекте» является универсальным устройством для обнаружения и распознавания природных и искусственных объектов, погруженных в водную среду и определения их местоположения,
Заявленное устройство обладает следующими достоинствами: авторматизация процессов обнаружения и классификации устраняет ошибки присущие «человеческому фактору» при эксплуатации сложной военной техники.
Заявленное устройство промышленно применимо, так как для его реализации используются широко распространенные компоненты и изделия приборостроительной промышленности, такие как акустические преобразователи, предварительные усилители, приемники акустических сигналов, полосовые усилители, аналого-цифровые преобразователи, интеграторы и другие электронно-измерительные приборы.