ГИДРОЛОКАТОР БОКОВОГО ОБЗОРА СО СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫМ ЗОНДИРУЮЩИМ СИГНАЛОМ

Полезная модель относится к гидроакустической технике, в частности к активным гидролокаторам и может быть использована в системах подводного поиска для обнаружения донных объектов и измерения их координат.
Известен гидролокатор бокового обзора (ГБО) С-МАХ системы С2 (http://www.geomatics.ru), который может, в зависимости от модификации, работать на частотах 102 кГц, 325 кГц и 780 кГц. На всех трех частотах в качестве зондирующего сигнала используется короткая тональная посылка. Однако в данном гидролокаторе из-за применения в качестве зондирующего сигнала короткой тональной посылки для увеличения дальности действия необходимо увеличивать длительность этой посылки, что ведет к ухудшению разрешения по дальности, что, в свою очередь, ведет к ухудшению вероятности обнаружения донных объектов.
Известны гидролокаторы бокового обзора фирмы ОАО «НИИП» серии «Неман» (http://www.niip.ru), (Скнаря Α., Тутынин Е., Климов М. Отечественные гидролокаторы со сложными сигналами производства НИИ Приборостроения имени В.В.Тихомирова. Морской сборник, №3 (1968), март 2011 г., стр. 47-51), которые, в зависимости от варианта исполнения, могут работать на следующих частотах (частота левого борта/ частота правого борта): 85/105 кГц; 240/290 кГц или 430/520 кГц. В данном гидролокаторе также используется в качестве зондирующего сигнала короткая тональная посылка, но для увеличения дальности действия в качестве зондирующего сигнала используется и другой тип зондирующего сигнала - линейно-частотно-модулированный (ЛЧМ) сигнал. Однако в данном гидролокаторе при увеличении разрешения по дальности существенно уменьшается дальность его действия. Так, например, при переходе на работу с рабочей частоты 85 кГц на рабочую частоту 520 кГц разрешение по дальности улучшается примерно в 7 раз, но при этом примерно во столько же раз из-за увеличения затухания уменьшается и дальность действия гидролокатора.
Недостатком известных устройств является использование в них в качестве зондирующих сигналов узкополосных сигналов, что определяется применением узкополосной приемо-передающей антенны, полоса пропускания которой составляет (10-15)% от несущей частоты. Это приводит к тому, что, для достижения более высокого разрешения по дальности, необходимо использовать и более высокие несущие (рабочие) частоты, а это, в свою очередь, из-за увеличения затухания, приводит к уменьшению дальности действия гидролокатора (Инженерные расчеты в гидроакустике. А.П. Евтютов и др. Л,: Судостроение, 1988, стр. 45-148).
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому гидролокатору является «Гидролокатор бокового обзора со сверхширокополосным зондирующим сигналом» (RU 125726 U1, опубл. 25.10.2012 г., МПК G01S 5/00). Он состоит из приемо-передающей антенны, переключателя прием-передача, блока обработки сигнала, блока обнаружения сигнала, генераторного устройства, синхронизатора, кварцевого генератора, пульта управления, датчика скорости звука, блока измерения дальностей, устройства отображения информации, датчика курса, навигационного датчика, блока формирования изображения. Вход-выход приемо-передающей антенны соединен с входом-выходом переключателя прием-передача, выход кварцевого генератора соединен с первым входом синхронизатора. Выход переключателя прием-передача соединен с первым входом блока обработки сигнала, выход которого подключен ко входу блока обнаружения сигнала, ко второму входу блока обработки сигнала подключен второй выход синхронизатора, первый выход синхронизатора соединен со входом генераторного устройства, выход которого подключен ко входу переключателя прием-передача. Выход блока обнаружения сигнала подключен к первому входу блока измерения дальностей, ко второму входу которого подключен третий выход синхронизатора, который в свою очередь соединен и с первым входом блока формирования изображения, ко второму входу блока формирования изображения подключен выход блока измерения дальностей. Выход блока формирования изображений подключен ко входу устройства отображения информации, к третьему входу блока формирования изображений подключен выход датчика курса, а к четвертому входу блока формирования изображений подключен выход навигационного датчика, выход датчика скорости звука соединен с третьим входом блока измерения дальностей, а выход пульта управления подключен ко второму входу синхронизатора.
Недостатком данного устройства является наличие «слепой» зоны, вызванной тем, что, для приема и излучения используется одна и та же антенна - приемо-передающая антенна. В этом случае, во время излучения сигнала не может осуществляться прием эхо-сигналов, отраженных от целей, что и приводит к появлению «слепой» зоны. А учитывая, что длительность сверхширокополосного зондирующего сигнала может быть достаточно большой, «слепая» зона может составлять десятки и даже сотни метров, что существенно ограничивает функциональные возможности гидролокатора по обнаружению целей.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является устранение «слепой» зоны в работе гидролокатора при сохранении высокой помехоустойчивости гидролокатора, увеличении дальности действия с сохранением высокого разрешения по дальности и обеспечения высокой точности определения координат целей.
Сущность предлагаемой полезной модели состоит в том, что гидролокатор бокового обзора со сверхширокополосным зондирующим сигналом состоит из блока обработки сигнала, блока обнаружения сигнала, генераторного устройства, синхронизатора, кварцевого генератора, пульта управления, датчика скорости звука, блока измерения дальностей, устройства отображения информации, датчика курса, навигационного датчика и блока формирования изображения. Выход блока обработки подключен к входу блока обнаружения сигнала, ко второму входу блока обработки сигнала подключен второй выход синхронизатора, первый выход синхронизатора соединен со входом генераторного устройства, выход блока обнаружения сигнала подключен к первому входу блока измерения дальностей, ко второму входу которого подключен третий выход синхронизатора, который в свою очередь соединен и с первым входом блока формирования изображения. Ко второму входу блока формирования изображения подключен выход блока измерения дальностей, выход блока формирования изображений подключен ко входу устройства отображения информации, выход датчика скорости звука соединен с третьим входом блока измерения дальностей, а выход пульта управления подключен ко второму входу синхронизатора, первый вход которого соединен с выходом кварцевого генератора.
Новым в предлагаемом гидролокаторе бокового обзора со сверхширокополосным зондирующим сигналом является введение излучающей антенны, вход которой подключен к выходу генераторного устройства, и приемной антенны, выход которой подключен ко входу блока обработки, а также блока синхронизации данных датчиков, первый и второй входы которого соединены, соответственно, с выходом датчика курса и выходом навигационного датчика, третий вход блока синхронизации данных датчиков соединен с третьим выходом синхронизатора, а выход - со входом блока формирования изображения.
На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого гидролокатора бокового обзора со сверхширокополосным зондирующим сигналом.
На фиг 2 представлен пример выполнения блока обработки сигналов
Гидролокатор бокового обзора со сверхширокополосным зондирующим сигналом состоит из излучающей антенны 1, приемной антенны 2, блока обработки сигналов 3, блока обнаружения сигналов 4, генераторного устройства 5, синхронизатора 6, кварцевого генератора 7, пульта управления 8, датчика скорости звука 9, блока измерения дальностей 10, устройства отображения информации 11, датчика курса 12, навигационного датчика 13, блока формирования изображения 14, блока синхронизации данных датчиков 15. Блок обработки сигналов 3 состоит из приемного тракта эхо-сигнала 16, АЦП 17 и устройства согласованной фильтрации 18.
Вход излучающей антенны 1 соединен с выходом генераторного устройства 5, вход которого соединен с первым выходом синхронизатора. Выход приемной антенны 2 соединен с первым входом блока обработки сигналов 3, выход которого подключен ко входу блока обнаружения сигналов 4, ко второму входу блока обработки сигналов 3 подключен второй выход синхронизатора 6. Выход кварцевого генератора 7 соединен с первым входом синхронизатора 6, ко второму входу которого подключен выход пульта управления 8. Выход блока обнаружения сигнала 4 подключен к первому входу блока измерения дальностей 10, ко второму входу которого подключен третий выход синхронизатора 6, который в свою очередь соединен с третьим входом блока синхронизации данных датчиков 15 и с первым входом блока формирования изображения 14. К второму входу блока формирования изображения 14 подключен выход блока измерения дальностей 10, а к третьему входу блока формирования изображения 14 подключен выход блока синхронизации данных датчиков 15. Выход блока формирования изображений 14 подключен ко входу устройства отображения информации 11. Выход датчика скорости звука 9 соединен с третьим входом блока измерения дальностей 10, а выходы датчика курса и навигационного датчика подключены, соответственно, к первому входу и второму входам блока синхронизации данных датчиков 15.
Гидролокатор бокового обзора со сверхширокополосным зондирующим сигналом работает следующим образом.
На пульте управления 8 производится установка начальных параметров сверхширокополосного зондирующего сигнала (тип сигнала, его длительность, ширина спектра, нижняя частота, полоса обзора), который поступает на второй вход синхронизатора 6. В синхронизаторе 6 в соответствии с заданными параметрами зондирующего сигнала формируется несколько импульсных последовательностей, предназначенных для управления работой гидролокатора, в том числе и импульсная последовательность, которая поступает с выхода 1 синхронизатора 6 на вход генераторного устройства 5, где формируется зондирующий сигнал с заданными параметрами. Сформированный сверхширокополосный зондирующий сигнал поступает вход излучающей антенны 1. Излучающая антенна для обеспечения возможности эффективного излучения сверхширокополосного сигнала представляет собой набор узкополосных антенн, каждая из которых излучает свою часть спектра сверхширокополосного зондирующего сигнала. При этом число узкополосных антенн в составе излучающей антенны 1 определяется соотношением между шириной спектра зондирующего сверхширокополосного сигнала и полосой пропускания каждой узкополосной антенны. Излученный таким образом излучающей антенной 1 сверхширокополосный сигнал распространяется в водной среде и, отразившись от неоднородностей, в том числе и находящихся в непосредственной близости от излучающей антенны, которой может быть, например, поверхность дна, возвращается на приемную антенну 2. Приемная антенна с целью улучшения ее чувствительности имеет такую же конструкцию, что и излучающая антенна.
С выхода приемной антенны сигнал поступает на первый вход блока обработки сигналов 3. Одновременно с этим на второй вход блока обработки сигналов 3 поступает импульсная последовательность со второго выхода синхронизатора, которая управляет работой АЦП 17 блока обработки сигналов 3. Данная последовательность формируется в синхронизаторе 6 с началом формирования зондирующего сигнала с целью обеспечения работы АЦП 17 как во время излучения зондирующего сигнала, так и во время приема эхо-сигнала. В блоке обработки сигналов 3 производится усиление сигнала, его фильтрация и преобразование в цифровой вид с последующей оптимальной обработкой с помощью согласованной фильтрации, реализованной в цифровом виде. Далее, с выхода блока обработки сигналов 3 эхо-сигнал поступает на вход блока обнаружения сигналов 4, где производится его сравнение с заданным порогом обнаружения. После этого сигнал поступает на первый вход блока измерения дальностей 10, на второй вход которого поступает импульсная последовательность с третьего выхода синхронизатора 6. Данная импульсная последовательность представляет собой импульс начала зондирования, относительно которого в блоке измерения дальностей 10 производится вычисление временной задержки до всех выделенных целей. Для коррекции вычислений с учетом изменчивости скорости звука в воде на третий вход блока измерения дальностей 10 поступают данные с выхода датчика скорости звука 9. Таким образом, сформированная строка зондирования с выхода блока измерения дальностей 10 поступает на второй вход блока формирования изображения 14, где производится накапливание заданного числа строк зондирования с последующим их выводом на устройстве отображения информации 11, в качестве которого может быть использован монитор от компьютера. Для обеспечения высокой точности определения координат целей на третий вход блока синхронизации данных датчиков 15 поступает импульсная последовательность с третьего выхода синхронизатора 6, с помощью которой производится фиксирование данных датчика курса 12 и навигационного датчика 13, поступающих соответственно, на первый и второй входы блока синхронизации данных датчиков 15, на момент начала зондирования. Кроме этого, данные датчиков с выхода блока синхронизации данных датчиков 15, поступающие на третий вход блока формирования изображения 14, дополнительно синхронизируются импульсной последовательностью, поступающей на первый вход блока формирования изображения 14 с третьего выхода синхронизатора 6.
Использование в гидролокаторе отдельных приемной и излучающей антенн позволяет производить прием эхо-сигнала сразу же после начала излучения сигнала, поэтому, если цель будет находиться даже в непосредственной близости от излучающей антенны, эхо-сигнал от нее будет принят приемной антенной.
Помимо этого использование в качестве зондирующего сигнала сверхширокополосного сигнала, имеющего ширину спектра, соответствующую высокочастотным гидролокаторам и одновременно с этим формирование этого сигнала в низкочастотной части рабочих частот позволяет добиться (при сохранении высокого разрешения по дальности) увеличения дальности работы гидролокатора бокового обзора. Вместе с тем, использование сверхширокополосного сигнала за счет существенного увеличение его ширины спектра относительно узкополосного сигнала также позволяет улучшить и помехозащищенность гидролокатора, а использование датчиков скорости звука, навигационного датчика и датчика курса и точная привязка данных этих датчиков к данным, получаемым с помощью ГБО, позволяет повысить точность определения координат объектов.
Таким образом, поставленная задача успешно решается.