Автоматизированный звукометрический комплекс

Полезная модель относится к автоматизированным звукометрическим комплексам (АЗК), ведущих разведку стреляющих артиллерийских систем (САС) и имеющих возможность распознавания данных САС по типу и калибру. Цель полезной модели - расширение функциональных возможностей и повышение эффективности АЗК за счет решения задачи распознавания типа и калибра САС с высокой вероятностью в автоматическом режиме. Новым является то, что в конструкцию АЗК дополнительно введено устройство распознавания являющееся, по сути, сложной динамической системой состоящей, в общем случае, из совокупности технических средств получения и переработки информации. Данное устройство обеспечивает решение задачи классификации САС по типу и калибру в автоматическом режиме, за счет введения дополнительных блоков, организации новых связей и на основе специально сконструированных алгоритмов. В состав устройства распознавания, представленного в виде структурной схемы на фиг.2, входят: - на БП - датчик давления (ДД) 1 (преобразователь избыточного давления) состоящий из измерительного 2 и электронного 3 блоков, блок приема сигналов 4, блок фильтров верхних и нижних частот 5, блок выделения и распознавания 6, блок контроля 7, прибор связи 8; - на ЦП - стойка 9, в состав которой входят стандартные блоки приема и передачи сигнала 10, полосных фильтров 11, приема фазомодулированных сигналов 12, ввода-вывода 13 и электронно-вычислительная машина (ЭВМ) 14. Применение полезной модели позволяет расширить функциональные возможности АЗК за счет автоматизации процесса классификации САС, существенно повысить вероятность распознавания данных объектов, сократить время и количество личного состава задействованного в этом процессе. Экономический эффект достигается за счет привлечения, в зависимости от классифицированного характера объекта поражения, рационального количества огневых средств и боеприпасов к ним.

Полезная модель относится к звукометрическим станциям (комплексам), ведущих разведку стреляющих артиллерийских систем (САС) и имеющих возможность распознавания данных САС по типу и калибру.

В современной звукометрии известны и широко применяются различные автоматизированные звукометрические комплексы (АЗК) (см., например, АЗК-5, АЗК-7 [1, 2]). Известные аналоги по своему техническому решению являются измерительно-вычислительным комплексами и включают в свой состав три базных пункта (БП) и центральный пункт (ЦП).

Наиболее близким по технической сущности к заявленному образцу является АЗК-7 [1, 2]. Функционально-структурная схема прототипа представлена на фигуре 1. В состав его аппаратуры на БП входят три звукоприемника, прибор связи, прибор автоматической первичной обработки, устройство записи и контроля, регистрирующий прибор. На ЦП аппаратура вторичной обработки включает: стойку приема, демодуляции, перекодирования и ввода-вывода; цифровую электронно-вычислительную машину (ЦВМ); пульт ПЛ-8; телеграфный аппарат ЛТА-8. Что позволяет ему вести раздельную обработку информации, первичную на БП - выделение полезных сигналов и принятие решения о передаче на ЦП только полезной информации и вторичную на ЦП - дешифрирование полезных сигналов, отнесение их к той или иной цели и определение координат.

Однако как аналоги, так и прототип обладают одним общим недостатком, а именно - во всех комплексах задача классификации объектов звуковой разведки (ОЗР) по типу и калибру осуществляется на основе эвристического способа и, как правило, возложена на должностное лицо поста наблюдения и связи (ПНС) [1, 2]. При такой схеме сбора данных о цели, особенно при ведении интенсивной стрельбы, обработка информации на центральном пункте (ЦП) затруднена.

Основной причиной невозможности использования такой традиционной схемы сбора информации, при решении задачи распознавания типа и калибра цели наряду с нарушением цельного автоматизированного процесса, является необходимость постоянного получения информации от ПНС. В этом случае, определенное должностное лицо ПНС должно почти непрерывно осуществлять доклады, что при работе на радиостанции приведет к загруженности канала связи, а так же к его демаскированию. При этом задействуется два должностных лица, осуществляющих передачу и прием информации. А так же должностное лицо, непосредственно определяющее тип и калибр цели на ПНС, и еще одно, на ЦП, принимающее решение о соответствие данного типа и калибра конкретным сигналам (координатам). Помимо того что происходит задействование от двух до четырех должностных лиц, данный процесс занимает еще и определенное время (на передачу доклада, на определение соответствия калибра и сигнала) [1, 2]. Т.е. на данный момент вероятность распознавания САС есть величина субъективная и напрямую зависящая от личной подготовленности данных должностных лиц и слаженности их в работе.

Таким образом, реализация требований своевременности получения полных данных об ОЗР и их достоверность в подразделениях звуковой разведки может быть достигнута только путем максимальной автоматизации процессов получения и обработки информации.

Цель полезной модели - расширение функциональных возможностей и повышение эффективности АЗК за счет решения задачи распознавания типа и калибра САС с высокой вероятностью в автоматическом режиме.

Поставленная цель достигается тем, что в конструкцию АЗК дополнительно введено устройство распознавания являющееся, по сути, сложной динамической системой состоящей, в общем случае, из совокупности технических средств получения и переработки информации.

Данное устройство обеспечивает решение задачи классификации САС по типу и калибру в автоматическом режиме, за счет введения дополнительных блоков, организации новых связей и на основе специально сконструированных алгоритмов.

В состав устройства распознавания, представленного в виде структурной схемы на фигуре 2, входят:

- на БП - датчик давления (ДД) 1 (преобразователь избыточного давления) состоящий из измерительного 2 и электронного 3 блоков, блок приема сигналов 4, блок фильтров верхних и нижних частот 5, блок выделения и распознавания 6, блок контроля 7, прибор связи 8;

- на ЦП - стойка 9, в состав которой входят стандартные блоки приема и передачи сигнала 10, полосных фильтров 11, приема фазомодулированных сигналов 12, ввода-вывода 13 и электронно-вычислительная машина (ЭВМ) 14.

Задачами устройства являются: обнаружение и измерение величины избыточного давления; выбор из числа зафиксированных измерений величин избыточного давления тех, которые относятся к одному и тому же ОЗР; после расчета прямоугольных координат ОЗР - определение дальности от звукоприемника до цели; собственно определение типа и калибра данной цели.

Таким образом, техническим результатом, достигаемым в результате решения поставленной задачи, является определение типа и калибра ОЗР в автоматическом режиме.

Алгоритм работы устройства базируется на следующих принципах:

- однородность информации для описания распознаваемых объектов;

- способ получения апостериорной информации;

- количество первоначальной априорной информации;

- характер информации о признаках распознавания.

В качестве первоначальной априорной информации выбран такой признак, как r(ДВВ) - эквивалентный акустический радиус (ЭАР) дульной волны. Но так как величина ЭАР современных артиллерийских орудий и минометов не превышает 1,52 м [2], а приемные устройства звукометрических комплексов находятся на значительно большем расстояние, то измерители не способны измерить данную величину. Поэтому в качестве исходной информации получаемой АЗК выступает избыточное давление Р, величина, которая и определяется измерителем. Однако величина характера информации о признаке распознавания у источника и измерителя значительно отличается друг от друга. Количественные соотношения между значением избыточного давления при взрыве и пройденным ударной волной расстоянием устанавливается по зависимости [2]:

(1)

где Р - избыточное давление во фронте ударной волны;

K_n - показатель звукопропускания атмосферы;

r - эквивалентный акустический радиус излучателя;

D - дальность приема ударной волны.

Таким образом, используя зависимость (1), можно представить величину ЭАР дульной волны выстрела ОЗР в следующем виде:

(2)

Определение значений данных величин:

- величина избыточного давления Р (числовое значение амплитуды), определяется (фиксируется) в момент прихода звуковой волны от ОЗР с помощью датчика давления размещенного совместно с третьим звукоприемником на каждом базном пункте;

- дальность до цели D определяется ЭВМ по моменту приема сигнала от каждой базы до ОЗР (по рассчитанным координат);

- показатель звукопропускания K _n рассчитывается ЭВМ с учетом реальных условий, при введении в нее исходных данных, полученных от метеопоста.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Перед ведением разведки, выбирают и вводят из предлагаемого перечня базы данных ЭВМ с помощью блока ввода-вывода, следующие исходные данные: минимальное удаление от переднего края рубежа развертывания базных пунктов - , максимальную возможную дальность обнаружения ОЗР - , условия слышимости, государственную принадлежность и тип соединения противостоящего противника.

На основе исходным данным ЭВМ:

- осуществляет выбор из базы данных для каждого, имеющегося в составе указанного соединения, типа - i и калибра - n САС минимальные - и максимальные - эталонные значения ЭАР;

- определяет из всех выбранных эталонных значений ЭАР наибольшее - r_max и наименьшее - r_min;

- производит расчет показателей максимальных - и минимальных - пороговых значений величин избыточного давления в целом для всех систем с учетом расположения элементов боевого порядка АЗК. Расчет показателей осуществляется по формулам:

,\tab(3)

\tab(4)

Непосредственно при ведении разведки, воздействие измеряемого давления (разности давления) на мембрану измерительного блока 2 (на мембрану тензопреобразователя) датчика давления 1, вызывает деформацию упругого чувствительного элемента и изменение сопротивления тензорезисторов тензопреобразователя. Это изменение преобразуется в электрический сигнал, который передается от тензопреобразователя из измерительного блока 2 в электронный блок (преобразователь) 3. Далее в виде стандартного токового унифицированного сигнала (см. фиг.2) на вход блока приема сигнала 4, откуда он подается на вход блока фильтров верхних и нижних частот 5. С выхода блока фильтров данный сигнал поступает на выделитель блока выделения и распознавания 6, где происходит фиксация момента прихода акустического сигнала к датчику давления 1. Фиксация происходит при пересечении выбросами электрического сигнала измерительного порогового уровня соответствующего , при условии, что в последующем этим же выбросом будет пересечен и второй пороговый уровень соответствующий .

Из выделителя сигнал поступает на распознающее устройство. Где в результате анализа на выходе формируется сигнал характеризующий тип анализируемого сигнала. Если он удовлетворяет условию, которое можно условно представить выражением (5), то считается полезным сигналом, в противном случае сигнал считается помехой.

.\tab(5)

С выхода блока выделения и распознавания 6 сигнал поступает на выходное устройство блока контроля 7, куда так же поступает выходная информация обработки сигналов поступивших от звукоприемников и где фиксируется время прихода акустических сигналов к датчику давления и к звукоприемникам.

Так как сигнал признанный помехой не будет иметь начала времени выделения сигнала, то на выходное устройство он не попадет. В этом случае выходная информация обработки сигналов от звукоприемников признается недостоверной. При этом вырабатывается сигнал на ее стирание из запоминающего устройства.

Если сигнал признан достоверным, то формируется кодограмма по результаты первичной обработки и через прибор связи 8 передается для последующей обработки на вход блока приема и передачи сигнала 10 стойки 9 ЦП. Здесь технические сигналы отделяются от речевых с помощью фильтра, и далее поступают на полосовые фильтры своего канала блока полосовых фильтров 11, где происходит выделение фазомодулированных сигналов.

Далее выделенные сигналы поступают в блок приема фазомодулированных сигналов 12 на усилитель-ограничитель, фазовый детектор и далее на дешифратор для демодулирования сигнала и выделения исходной информации, которая по трем каналам поступает в блок ввода-вывода информации 13. Куда также поступает информация о времени поступления сигналов к звукоприемникам. Непосредственно в блоке происходит анализ, определение границ информационных слов и их прием в регистр для ввода в ЭВМ 14.

После определения координат ОЗР ЭВМ:

- определяет D_j - дальность от третьего звукоприемника каждой базы, расположенного совместно с ДД, до ОЗР по имеющимся их координатам, путем решения обратной геодезической задачи;

- рассчитывает r_in-j(ДВВ) - ЭАР для j-го БП по зависимости (2), используя расстояние D_j для конкретного БП, величину соответствующего ему избыточного давления Р_изм-j и коэффициент пропускной способности атмосферы K_n,

- определяет тип и калибр ОЗР засеченного j-тым БП - N_in-j, путем проведения логического сравнения рассчитанного r_in-j(ДВВ) с эталонными значениями (ДВВ) и (ДВВ) конкретных орудий и минометов выбранных из базы данных;

- на основе полученных трех независимых результатов N_in-j по каждому ОЗР, используя критерий минимума совпадений, принимает решение о типе и калибре данной САС N _in.

Такая последовательность обработки информации возможна в виду использования системы единого времени для синхронизации всех работ и получена исходя из общего алгоритма решения задачи определения местоположения САС АЗК.

Применение предлагаемого устройства в АЗК позволяет полностью автоматизировать процесс классификации ОЗР, существенно повысить вероятность распознавания данных объектов, сократить время и количество личного состава задействованного в этом процессе.

Экономический эффект достигается за счет привлечения, в зависимости от классифицированного характера объекта поражения, рационального количества огневых средств и боеприпасов к ним.

Список используемой литературы

1. Шуляченко Р.И., Кубышкин Ю.И., Кривоносенко В.И. Артиллерийская звуковая разведка. - М.: Воениздат, 1993. - 392 с.

2. Глухов Е.А. Учебное пособие Основы построения артиллерийских звукометрических комплексов. - СПб.: МВАА, 2006. - 211 с.

Автоматизированный звукометрический комплекс, предназначенный для определения координат стреляющих артиллерийских систем (САС), состоящий из трех базных пунктов (БП) и центрального пункта (ЦП), отличающийся тем, что в его конструкцию дополнительно введено устройство распознавания, являющееся совокупностью технических средств получения и переработки информации, обеспечивающих на основе специально сконструированных алгоритмов решение задачи распознавания САС по типу и калибру в автоматическом режиме и включающее:

на БП - датчик давления (ДД) 1 (преобразователь избыточного давления), состоящий из измерительного 2 и электронного 3 блоков, блок приема сигналов 4, блок фильтров верхних и нижних частот 5, блок выделения и распознавания 6, блок контроля 7, прибор связи 8;

на ЦП - стойку 9, в состав которой входят стандартные блоки приема и передачи сигнала 10, полосных фильтров 11, приема фазомодулированных сигналов 12, ввода-вывода 13 и электронно-вычислительная машина (ЭВМ) 14.