Интерферометрический гидролокатор бокового обзора

Предлагаемая полезная модель относится к гидроакустическим системам и может быть использована для исследования рельефа дна.
Известен «Фазовый гидролокатор бокового обзора» (RU 2510045 С2, опубл. 20.03.2014 г., МПК G01S 15/00). Он содержит излучатель, приемник, датчик измерения углов бортовой качки, монитор, блок управления и регистратор, соединенные с вычислителем. Фазовый гидролокатор бокового обзора, кроме того, содержит датчик измерения углов килевой качки, программный блок, анализатор спектра отраженного сигнала, монитор, причем вычислитель соединен с выходами судового эхолота, судового приемника спутниковых навигационных систем, датчика измерения углов килевой качки, программного блока и анализатором спектра отраженного сигнала.
Программный блок при этом содержит устройство нормировки, устройство определения гистограммы, блок расчета коэффициентов полинома, устройство оценки точности аппроксимации, устройство задания степени аппроксимирующего полинома, устройство принятия решения, блок деления, интегрирующее устройство, блок выделения коэффициентов при первых двух членах разложения, блок вычисления частного.
Монитор, выполнен в виде многофункционального дисплея с возможностью формирования 3D-изображения с постоянным трехмерным представлением данных. Существенными недостатками этого устройства являются: при расчетах глубин учитывается изменение только углов бортовой и килевой качки, в то время как результаты измерений будут отягощены влиянием непостоянства скорости звука в водной среде; отсутствие разрешающей способности в вертикальной плоскости при измерении глубины малоразмерных объектов.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому интерферометрическому гидролокатору бокового обзора является «Интерферометрический гидролокатор бокового обзора» (RU 167401 U1, опубл. 10.01.2017 г., МПК G01S 15/89), содержащий приемопередающую антенну, приемное устройство, датчик крен-дифферента, датчик курса, навигационную систему и вычислитель, выход которого соединен с первым входом устройства индикации. Кроме того он содержит блок приемных антенн, усилитель мощности, формирователь импульсных последовательностей, задающий генератор, устройство цифрового формирования диаграммы направленности на прием, датчик скорости звука и пульт управления, причем приемное устройство выполнено многоканальным устройством. N выходов блока приемных антенн соединены с соответствующими N входами многоканального приемного устройства. Приемопередающая антенна соединена с входом-выходом антенного переключателя, вход которого соединен с выходом усилителя мощности, вход усилителя мощности подключен к первому выходу формирователя импульсных последовательностей. Первый вход формирователя импульсных последовательностей соединен с выходом задающего генератора. Второй вход формирователя импульсных последовательностей подключен к выходу пульта управления, выход антенного переключателя подключен к N+1 входу многоканального приемного устройства. Второй выход формирователя импульсных последовательностей соединен с N+2 входом многоканального приемного устройства, вторым входом устройства индикации, N+3 входом вычислителя, N+2 входом устройства цифрового формирования диаграммы направленности на прием. N+1 выходы многоканального приемного устройства соединены с соответствующими N+1 входами устройства цифрового формирования диаграммы направленности на прием. Выход устройства цифрового формирования диаграммы направленности на прием подключен к N+2 входу вычислителя. N+6 вход вычислителя соединен с выходом навигационной системы. N+7 вход вычислителя подключен к датчику крен-дифферента. N+4 вход вычислителя соединен с датчиком курса, N+5 вход вычислителя соединен с датчиком скорости звука. N+1 выходы многоканального приемного устройства подключены к соответствующим N+1 входам вычислителя, где N - целое число больше или равно 1. Существенным недостатком этого устройства является то обстоятельство, что при измерении глубины в зоне неоднозначности используется только одна сформированная парциальная ДН. Вследствие этого существенно ухудшается разрешающая способность в вертикальной плоскости при измерении глубины малоразмерных объектов.
Техническим результатом предлагаемого интерферометрического гидролокатора бокового обзора является повышение разрешающей способности в вертикальной плоскости при измерении глубины малоразмерных объектов.
Сущность заявляемого технического решения заключается в том, что интерферометрический гидролокатор бокового обзора содержит приемопередающую антенну, антенный переключатель, многоканальное приемное устройство, датчик крен-дифферента, датчик курса, навигационную систему, вычислитель, блок приемных антенн, усилитель мощности, формирователь импульсных последовательностей, задающий генератор, устройство цифрового формирования диаграммы направленности на прием, датчик скорости звука, устройство индикации и пульт управления. Выход вычислителя соединен с первым входом устройства индикации, N выходов блока приемных антенн соединены с соответствующими N входами многоканального приемного устройства, приемопередающая антенна соединена с входом-выходом антенного переключателя, вход которого соединен с выходом усилителя мощности, вход усилителя мощности подключен к первому выходу формирователя импульсных последовательностей. Первый вход формирователя импульсных последовательностей соединен с выходом задающего генератора, второй вход формирователя импульсных последовательностей подключен к выходу пульта управления. Выход антенного переключателя подключен к N+1 входу многоканального приемного устройства, второй выход формирователя импульсных последовательностей соединен с N+2 входом многоканального приемного устройства, вторым входом устройства индикации, N+3 входом вычислителя, N+2 входом устройства цифрового формирования диаграммы направленности на прием. N+1 выходы многоканального приемного устройства соединены с соответствующими N+1 входами устройства цифрового формирования диаграммы направленности на прием. N+6 вход вычислителя соединен с выходом навигационной системы. N+7 вход вычислителя подключен к датчику крен-дифферента. N+4 вход вычислителя соединен с датчиком курса, N+5 вход вычислителя соединен с датчиком скорости звука, N+1 выходы многоканального приемного устройства подключены к соответствующим N+1 входам вычислителя.
Новыми признаками предлагаемого интерферометрического гидролокатора бокового обзора является: введение блока вычисления разностной диаграммы направленности, блока определения равносигнального направления и датчика вертикального перемещения, причем первый и второй выходы устройства цифрового формирования диаграммы направленности на прием подключены соответственно к первому и второму входам блока формирования разностной ДН, выход которого соединен с первым входом блока определения равносигнального направления, выход блока определения равносигнального направления подключен к N+3 входу вычислителя. Второй выход формирователя импульсных последовательностей соединен с третьим входом блока формирования разностной ДН и вторым входом блока определения равносигнального направления, а выход датчика вертикального перемещения соединен с N+8 входом вычислителя, где N - целое число больше или равно 1.
На фиг. 1 представлена функциональная схема интерферометрического гидролокатора бокового обзора.
На фиг. 2 представлена функциональная схема многоканального приемного устройства.
Интерферометрический гидролокатор бокового обзора (фиг. 1) состоит из блока приемных антенн 1, приемопередающей антенны 2, антенного переключателя 3, усилителя мощности 4, формирователя импульсных последовательностей 5, задающего генератора 6, пульта управления 7, многоканального приемного устройства 8, устройства цифрового формирования диаграммы направленности на прием 9, устройства индикации 10, датчика крен-дифферент 11, датчика скорости звука 12, датчика курса 13, навигационной системы 14, вычислителя 15, датчика вертикального перемещения 16, блока формирования разностной диаграммы направленности (ДН) 17, блока определения равносигнального направления 18.
Выход вычислителя 15 соединен с первым входом устройства индикации 10, N выходов блока приемных антенн 1 соединены с соответствующими N входами многоканального приемного устройства 8. Приемопередающая антенна 2 соединена с входом-выходом антенного переключателя 3, второй вход которого соединен с выходом усилителя мощности 4, вход усилителя мощности 4 подключен к первому выходу формирователя импульсных последовательностей 5. Первый вход формирователя импульсных последовательностей 5 соединен с выходом задающего генератора 6, второй вход формирователя импульсных последовательностей 5 подключен к выходу пульта управления 7. Выход антенного переключателя 3 подключен к N+1 входу многоканального приемного устройства 8, второй выход формирователя импульсных последовательностей 5 соединен с N+2 входом многоканального приемного устройства 8, вторым входом устройства индикации 10, N+2 входом вычислителя 15, N+2 входом устройства цифрового формирования диаграммы направленности на прием 9, третьим входом блока формирования разностной ДН 17, вторым входом блока определения равносигнального направления 18, N+1 выходы многоканального приемного устройства 8 соединены с соответствующими N+1 входами устройства цифрового формирования диаграммы направленности на прием 9, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму входам блока формирования разностной ДН 17. Выход блока формирования разностной ДН 17 соединен с первым входом блока определения равносигнального направления 18, выход которого подключен к N+3 входу вычислителя. N+6 вход вычислителя соединен с выходом навигационной системы, N+7 вход вычислителя подключен к датчику крен-дифферента, N+4 вход вычислителя соединен с датчиком курса, N+5 вход вычислителя соединен с датчиком скорости звука, N+1 выходы многоканального приемного устройства подключены к соответствующим N+1 входам вычислителя, а выход датчика вертикального перемещения соединен с N+8 входом вычислителя 15, где N - целое число больше или равно 1.
Многоканальное приемное устройство 8 (фиг. 2) состоит из N+1 приемных каналов (19, 22, 25, 28), N+1 аналогово-цифровых преобразователей (20, 23, 26, 29) и N+1 согласованных фильтров (21, 24, 27, 30).
Интерферометрический гидролокатор бокового обзора работает следующим образом:
Формирователь импульсных последовательностей 5 из частоты задающего генератора 6 формирует зондирующий сигнал. После усиления в усилителе мощности 4 через антенный переключатель 3 и приемо-передающую антенну 2 зондирующий сигнал излучается в водную среду, образуя на поверхности дна полосу обзора. Излученная в водную среду волна отражается от поверхности дна и распространяется в сторону блока приемных 1 и приемопередающей 2 антенн. С выходов антенн принятые сигналы поступают на N+1 входы многоканального приемного устройства 8. В многоканальном приемном устройстве 8 производится предварительная фильтрация, усиление, преобразование аналогового сигнала в цифровой сигнал в аналогово-цифровых преобразователях (АЦП) 20, 23, 26 и согласованная фильтрация в согласованных фильтрах 21, 24, 27. Формирователь импульсных последовательностей 5 генерирует синхроимпульсы, поступающий на многоканальное приемное устройство 8, устройство цифрового формирования диаграммы направленности на прием 9, устройство индикации 10, вычислитель 15, блок формирования разностной ДН 17, блок определения равносигнального направления 18. В соответствии с синхроимпульсами формирователя импульсных последовательностей 5, сигналы с выходов многоканального приемного устройства 8 одновременно поступают на входы вычислителя 15 и устройства цифрового формирования диаграммы направленности на прием 9. В устройстве цифрового формирования диаграммы направленности на прием 9 производится прием сигналов с заданных угловых направлений, осуществляется изменение фазы этого сигнала на заранее вычисленный фазовый сдвиг в каждом канал приема. Сформированные сигналы с выхода устройства цифрового формирования диаграммы направленности на прием 9, по синхросигналу формирователя импульсных последовательностей 5, поступают в блок формирования разностной ДН 17, где производится вычисление разности двух сформированных, частично перекрывающихся парциальных ДН. С выхода блока формирования разностной ДН 17 сигнал поступает в блок определения равносигнального направления 18, где производится процедура определения дальности, на которой расположено равносигнальное направление разностной ДН. С выхода блока 18 информация о дальности поступает на вычислитель 15. В вычислителе 15 производится процедура формирования акустического изображения с одного (любого) из приемных каналов в координатах широта-долгота с учетом данных навигационной системы 14. Далее, в вычислителе 15 последовательно осуществляются вычисление интерферометрических разностей фаз между несколькими парами отраженных от поверхности дна сигналов с разных приемных каналов интерферометрического гидролокатора бокового обзора. Затем, производят фильтрацию разностей фаз, раскрытие фазовой неоднозначности для каждой отфильтрованной разности фаз, масштабирование и их комбинирование, расчет первоначальной карты глубин в координатах дальность-направление движения-глубина с учетом сигналов с датчиков крен-дифферента 11, вертикального перемещения 16, датчика курса 13 и данных, поступающих с датчика скорости звука 12. В случае необходимости корректировки карты глубин, в вычислителе 15 используются данные, поступающие с блока определения равносигнального направления 18. Затем, в вычислителе 15, производится расчет окончательной карты глубин и ее формирование с учетом данных с датчиков крен-дифферента 11, вертикального перемещения 16, курса 13, навигационной системы 14 и данных, поступающих с датчика скорости звука 12.
Данные с выхода вычислителя 15, в соответствии с синхро-импульсами формирователя импульсных последовательностей 5 поступают на устройство индикации 10, где происходит выкладка акустического изображения в координатах широта-долгота и выкладка карты глубин в виде яркостного изображения в координатах широта-долгота-глубина.
Использование двух частично перекрывающихся парциальных ДН для измерения глубины позволяет существенно повысить разрешающую способность в вертикальной плоскости при измерении глубины малоразмерных объектов.