ИМИТАТОР СИГНАЛА ДЛЯ ГИДРОЛОКАТОРА

Полезная модель относится к гидроакустической технике, предназначенной для настройки и испытаний гидролокаторов.
Известен программный имитатор гидроакустических сигналов на выходе элементов цилиндрической антенной решетки (Ратушная А.А., Рубцова Ю.М. Разработка программного имитатора гидроакустических сигналов на выходных приемных элементах цилиндрической антенной решетки. // Сборник докладов V научно-технической конференции молодых ученых и специалистов «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики» МАГ-2017, с. 49, СПб, 2017). Сигнал подается на систему формирования характеристик направленности гидроакустического комплекса по оптическим каналам. В данном имитаторе имитация осуществляется в пределах одного пояса гидроакустической антенны, что не дает возможности учитывать многолучевую структуру сигнала по параметру. Недостатком этого имитатора является то, что нет возможности проверить при испытаниях весь гидролокатор в целом при использовании всей цилиндрической антенной решетки.
Известен имитатор сигналов на входе цифрового вычислительного комплекса (ЦВК) (Федотова Д.С., Будкин И.Б. Разработка программного обеспечения для управления имитатором сигналов на воде цифрового вычислительного комплекса // Сборник докладов IV научно-технической конференции молодых ученых и специалистов «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики» МАГ-2015, с. 160, СПб, 2015). В рассматриваемом имитаторе формируются сигнальные последовательности с учетом сферического фронта волны и передачу входных воздействий в ЦВК по оптическому каналу. Недостатком этого цифрового имитатора на входе ЦВК является то, что нет возможности проверить гидролокатор с учетом аналоговой системы предварительной обработки принимаемых сигналов.
Наиболее близким аналогом является программный имитатор сигналов на входе ЦВК (Белов Ю.В., Щетинин Ю.С. Опыт разработки и эксплуатации программного имитатора сигналов на входе ЦВК // Первая научно-техническая конференция молодых специалистов ЦНИИ «Морфизприбор», с. 110, СПб, 2003), содержащий последовательно соединенные генератор зондирующего сигнала, блок формирования спектра зондирующего сигнала и блок формирования спектра сигналов на вертикальных элементах антенны, а также последовательно соединенные блок формирования задержек на вертикальных элементах антенны и блок формирования фазовых коэффициентов на вертикальных элементах антенны при этом второй выход блока параметров сигнала соединен со вторым входом блока формирования спектра сигналов на вертикальных элементах антенны, выход блока формирования фазовых коэффициентов на вертикальных элементах антенны соединен с блоком формирования спектра сигналов на вертикальных элементах антенны, а его выход идет к цифровой системы формирования характеристик направленности.
Рассмотренное устройство позволяет имитировать входные воздействия на входе цифровой системы формирования характеристик направленности и только в случае однолучевого распространения эхосигнала. Поэтому недостатком устройства-прототипа является невозможность учета многолучевой структуры поля при настройке и испытаниях гидролокаторов. Также недостатком имитатора сигналов на входе ЦВК является то, что нет возможности проверить гидролокатор с учетом аналоговой системы предварительной обработки принимаемых сигналов.
Задачей полезной модели является обеспечение проверки работы гидролокатора на стендовых испытаниях при имитации условий многолучевого распространения эхосигнала, а также с учетом аналоговой системы предварительной обработки принимаемых сигналов.
Техническим результатом полезной модели является возможность имитации многолучевого распространения сигнала путем формирования эхосигналов по различным углам прихода эхосигналов в вертикальной плоскости и различных времен прихода эхосигналов по эти лучам, а также подачи аналоговых сигналов на входы аналоговых предварительных усилителей гидролокатора путем формирования сигнала во временной области и цифроаналогового преобразователя.
Для достижения указанного технического результата в имитатор сигналов для гидролокатора, содержащий последовательно соединенные генератор зондирующего сигнала, блок формирования спектра зондирующего сигнала и блок формирования спектра сигналов на вертикальных элементах антенны, также содержащий последовательно соединенные блок формирования задержек сигналов на вертикальных элементах антенны для первого луча в вертикальной плоскости и блок формирования фазовых коэффициентов сигналов на вертикальных элементах антенны для первого луча, отличающийся тем, что блок формирования спектра сигналов на вертикальных элементах антенны выполнен осуществляющим учет всех лучей, в имитатор сигналов введены последовательно соединенные блок оценки характеристик многолучевой структуры и блок формирования задержек прихода сигналов с учетом времени распространения каждого из лучей, N-1 блоков формирования задержек прихода сигналов на вертикальных элементах антенны для лучей со второго по N, N-1 блоков формирования фазовых коэффициентов сигналов на вертикальных элементах антенны для лучей со второго по N, последовательно соединенные блок формирования сигналов во временной области и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), причем второй выход блока оценки характеристик многолучевой структуры соединен со вторым входом блока формирования спектра сигналов на вертикальных элементах антенны с учетом всех лучей, а его выход соединен с входом блока формирования сигналов во временной области, третий выход блока оценки характеристик многолучевой структуры соединен с первыми входами N блоков формирования задержек прихода сигналов на вертикальных элементах антенны для лучей с первого по N в вертикальной плоскости, первый выход блока формирования задержек прихода сигналов с учетом времени распространения каждого из лучей соединен со вторыми входами N блоков формирования задержек прихода сигналов на вертикальных элементах антенны для лучей с первого по N в вертикальной плоскости, выходы блоков 2…N формирования задержек прихода сигналов на вертикальных элементах антенны для лучей со второго по N в вертикальной плоскости соединены со с первыми входами соответствующих блоков формирования фазовых коэффициентов сигналов на вертикальных элементах антенны для лучей со второго по N, второй выход блока формирования задержек прихода сигналов с учетом времени распространения каждого из лучей соединен со вторыми входами блоков формирования фазовых коэффициентов сигналов на вертикальных элементах антенны для лучей с первого по N, выходы N блоков формирования фазовых коэффициентов сигналов на вертикальных элементах антенны для лучей с первого по N соединены с третьим входом блока формирования спектров сигналов на вертикальных элементах антенны с учетом всех лучей, выходы ЦАП соединены со входами аналоговых предварительных усилителей гидролокаторов.
Сущность полезной модели поясняется на фиг.1, где приведена блок-схема предложенного имитатора сигналов для гидролокатора.
1
2
N
1
2
N
Имитатора сигналов для гидролокатора (фиг. 1), содержит генератор 1 зондирующего сигнала, блок 2 формирования спектра зондирующего сигнала, блок 3 оценки характеристик многолучевой структуры, блок 4 формирования задержек прихода сигнала с учетом времени распространения каждого из лучей, блоки 5, 5…5 формирования задержек сигналов на вертикальных элементах антенны для луча с первого по N в вертикальной плоскости, блок 6, 6…6 формирования фазовых коэффициентов сигналов на вертикальных элементах антенны для луча с первого по N, блок 7 формирования спектра сигналов на вертикальных элементах антенны с учетом всех лучей, блок 8 формирования сигналов во временной области, 9 цифроаналоговый преобразователь.
Практическое исполнение блоков, входящих в полезную модель, известно из практики гидроакустики.
Блок 1, 2, 7 аналогичны соответствующим блокам прототипа.
Блок 3, 4 выполнен с использованием средств расчета и построений траекторий звуковых лучей в морской среде, см. например, книгу Комляков В.А. Корабельные средства измерения скорости звука и моделирования акустических полей в океане. - СПб.: Наука, 2003. - с. 280-288.
2
1
2
N
Блоки 5…5N выполнены аналогично блоку 5. Блоки 6…6 выполнены аналогично блоку 61.
Блок 8 может быть реализован на основе технических решений приведенных в книге Проектирование импульсных и цифровых устройств радиотехнических систем. / Гришин Ю.П., Казаринов Ю.М., Катиков В.М. и др.; Под ред. Ю.М. Казаринова. - М.: Высш. шк., 1985.
1
2
N
1
2
N
Работа устройства осуществляется следующим образом. Генератор 1 вырабатывает зондирующий сложный сигнал (сигнал с внутриимпульсной модуляцией), т.е. сигнал с высокой разрешающей способностью по времени, что дает возможность выделить эхосигналы по отдельным лучам. Сформированный сигнал поступает в блок 2 формирования спектра зондирующего сигнала. В блоке 3 при заданных параметрах морской среды (для различных районов Мирового океана и различных времен года) формируются параметры многолучевой структуры поля, а именно времена распространения, интенсивности, углы прихода лучей в приемной антенне в вертикальной плоскости. Оценки времен распространения приходят в блок 4, где рассчитываются задержки прихода эхосигнала с учетом времен распространения каждого луча. Из блока 3 в блоки 5, 5…5 поступают углы прихода лучей к приемной антенне и рассчитываются задержки сигналов на вертикальных элементах антенны для каждого луча соответственно. С учетом задержки прихода сигнала из-за времени распространения лучей и задержки прихода сигналов связи с антенной, имеющей вертикальный размер, в блоках 6, 6…6 производится расчет фазовых коэффициентов для каждого элемента вертикальной антенны и каждого луча. В блоке 7 производится формирование спектра сигнала на вертикальных элементах антенны с учетом интенсивности лучей. Далее производится формирование сигнала во временной области, и сформированные сигналы подаются через ЦАП к входам аналоговых предварительных усилителей гидролокатора.
Таким образом, проверка функционирования работы гидролокатора при многолучевом распространения звука в морской среде достигается путем обеспечения формирования задержек прихода сигнала на элементах антенны по каждому лучу.
Использование устройства оценки характеристик многолучевой структуры, блоков формирования задержек прихода сигнала с учетом времени распространения каждого из луча и вертикальных элементов антенны, блока формирования фазовых коэффициентов, блока формирования спектра сигналов, обеспечивает имитацию сигналов для многолучевого распространения звука. Также обеспечивает проверку гидролокатора с учетом аналоговой системы предварительной обработки принимаемых сигналов.
Таким образом, поставленная задача успешно решается.