Устройство имитации сигналов гидроакустических антенн

 

Устройство имитации сигналов гидроакустических антенн относится к контрольно - проверочным системам, а именно к устройствам предназначенных для отладки, настройки и тестирования корабельных гидроакустических станций (ГАС) при их проектировании и эксплуатации. Технический результат, достигаемый заявляемой полезной моделью, состоит в формировании аналоговых электрических сигналов, эквивалентных сигналам от гидрофонов гидроакустических антенн в условиях заданной помехово-сигнальной обстановки (ПСО), а также цифровых и аналоговых сигналов от сопрягаемых с ГАС. Устройство может применяться для отладки алгоритмов функционирования ГАС при их проектировании, а также для создания тренажеров подготовки операторов на основе штатной аппаратуры ГАС, как на корабле, так и в береговых условиях.

Устройство содержит рабочее место задания условий моделирования ПСО, блок преобразования сигналов, блок цифро-аналоговых преобразований и согласования и щит соединительный, объединенные между собой посредством программно - технических средств локальной вычислительной сети между блоком моделировании и блоком преобразования сигналов для передачи цифрового сигнала и 24-ю каналами для передачи цифрового сигнала из блока преобразования сигнала в блок преобразования параллельного цифрового кода до 144-х аналоговых каналов и одного последовательного канала согласования для передачи курса и согласования единого времени, соответствующих входным сигналам гидроакустических комплексов аналогичным сигналам поступающим от гидроакустических антенн.

Использование данного устройства позволит повысить надежность проектирования гидроакустических станций и эффективность поиска неисправностей станций, принятых в эксплуатацию, как в береговых условиях, так и на корабле, а также данное устройство может быть использовано при отработке знаний и умений операторов ГАС на корабле при его подключении к соответствующим ее входам. 2 н.п. ф-лы, 5 ил.

Полезная модель относится к контрольно - проверочным системам, а именно к устройствам, предназначенным для отладки, настройки и тестирования корабельных гидроакустических станций (ГАС) при их проектировании и эксплуатации. Технический результат, достигаемый заявляемой полезной моделью, состоит в формировании аналоговых электрическихсигналов, эквивалентных сигналам от гидрофонов гидроакустических антенн в условиях заданной помехово-сигнальной обстановки (ПСО), а также цифровых и аналоговых сигналов от навигационных систем сопрягаемых с ГАС. Устройство может применяться для отладки алгоритмов функционирования ГАС при их проектировании, а также для создания тренажеров подготовки операторов на основе штатной аппаратуры ГАС, как на корабле, так и в береговых условиях.

Известны аналоги предлагаемого устройства, предназначенных для проверки действующего оборудования или его проектирования так, например, устройство имитации источника электроэнергии с заданными показателями качества (патент RU 29421 U1 oп. 10.05.2003), комплексный имитатор внешних систем для отработки радиоэлектронного комплекса (патент RU 99209 U1 oп. 10.11.2010), комплекс для проверки корабельной системы управления оружием (патент RU 71012 U1 oп. 20.02.2008), тренажер для подготовки операторов гидроакустических систем (патент на изоб. 2408079 oп. 27.12.2010). К недостаткам аналогам заявляемого устройства относится то, что они не могут применяться в гидроакустике, а в приведенном тренажере, в качестве аналога, имитируется выходная информация различных гидроакустических систем, предъявляемая оператору для отождествления гидроакустических объектов и их сопровождения. К наиболее близкому аналогу относится устройство в патенте на полезную модель RU 88888 U1 oп 20.11.2009, а именно устройство для формирования акустических сигналов. Однако указанное устройство предназначено только для конструирования гидроакустических преобразователей и антенн. В свою очередь, заявляемое устройство предназначено для имитации сигналов гидроакустических антенн, уровень которых существенным образом зависит от состояния среды их прохождения.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является обеспечение достоверности имитации и формирования аналоговых электрических сигналов от гидрофонов гидроакустических антенн в условиях различной ПСО, гидрологических и картографических характеристик районов мирового океана, условий плавания и других параметров, влияющих на распространение сигналов в слоисто-неоднородной среде, передачи их в приборы внешних связей и формирования характеристики направленности (ФХН) гидроакустических станций.

Для достижения заявляемого технического результата в комплексе необходимо иметь штатную аппаратуру гидроакустической станции, аналоговые входы которой посредством приборов ФХН и внешних связей которых соединены с соответствующими выходами заявляемого устройства.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых представлены:

- фиг.1 - структурная схема устройства;

- фиг.2 - рабочее место оператора задания условий моделирования (РУМ);

- фиг.3 - блок преобразования сигналов (БПС);

- фиг.4 - блок цифро-аналоговых преобразований и согласования (БС);

- фиг.5 - щит соединительный (ЩС).

Устройство имитации сигналов гидроакустических антенн, структурная схема которого изображена на фиг.1, представляет собой совокупность РУМ, предназначенного для построения ПСО в заданных гидроакустических условиях (ГАУ), формирования дискретных цифровых данных для каждого имитируемого канала (фиг.2) и передачи их по последовательному каналу Ethernet в БПС (фиг.3), который преобразует информацию о ПСО в параллельный код и передает ее через щит соединительный (фиг.5) для дальнейшей обработки в БС (фиг.4) который обеспечивает преобразование параллельного цифрового кода до 144-х аналоговых каналов ПСО, осуществляет счет сигнала единого времени, преобразование сигнала репитера курса и передачу этих сигналов через ЩС (фиг.5) в прибор ФХН ГАС и прибор внешних связей ГАС.

На фиг.2 представлена структурная схема РУМ. Она содержит: ПЭВМ общепромышленного исполнения (1), сетевой адаптер (2), программное обеспечение (3) и базу данных (4).

Программное обеспечение (3) состоит из следующих комплексов программ:

- редактора шумов объектов и помех;

- редактора ГАУ;

- редактора характеристик гидроакустических антенн;

- редактора задания и имитации помехово-сигнальной обстановки, включающий программные модули: учета ГАУ, генерации шумов объектов и помех, формирования дискретных цифровых сигналов и сетевого обмена.

Редактор шумов объектов и помех предназначен для формирования описания шума объекта в точке шумоизлучения для его различных скоростей хода и параметров движения (режим движения). Описание сплошной части спектра для каждого режима движения задается уровнями спектральной плотности шума для заданных опорных частот. Дискретная часть спектра описывается уровнями давления дискретных составляющих в полосе 1 Гц, частотой и шириной полосы.

Задаются также модулирующие процессы шума (работа винтов и механизмов), задаваемых частотой, формой и уровнем модуляции, а также уровнями максимумов спектра модуляции. Возможно задание шума непосредственно в виде звукозаписи в формате WAV PCM или комбинацией аналитического описания и звукового файла.

Редактор ГАУ предназначен для задания гидрологических характеристик районов, включая вертикальные разрезы скорости звука, глубину района и другие параметры, влияющие на распространение сигналов в слоисто-неоднородной среде.

Редактор характеристик гидроакустических антенн предназначен для задания пространственного положения и направленности гидрофонов антенны, которое используется для формирования амплитудных уровней и фазовых задержек имитируемых сигналов и их количества для конкретной антенны ГАС.

Редактор задания и имитации помехо-сигнальной обстановки предназначен для задания пространственного положения и параметров движения носителя ГАС и окружающих объектов, позволяет сохранять электронные данные ПСО в базе данных (4) или загружать ранее созданные задания с возможностью их корректировки, а также проигрывать их с возможностью динамического управления обстановкой и обеспечивать трансляцию сигналов в БПС. При этом для каждого объекта рассчитывается текущий спектр в точке излучения в соответствии с описанием шума объекта; далее он поступает на вход модуля учета ГАУ, который производит перерасчет спектральных характеристик шума в точку антенны ГАС и формирует направление фронта акустического давления для данного объекта непосредственно перед антенной. Рассчитанные данные передаются модулю генерации шумов объектов и помех, формирующих блоки дискретной цифровой последовательности шума во временной области. Далее модуль формирования дискретных цифровых каналов суммирует шумы и помехи всех объектов обстановки в выходные каналы антенны ГАС, формируя в каждом канале амплитудный уровень и фазовые задержки на основе описания антенны. После формирования всех каналов они поступают в модуль сетевого обмена и передаются в БПС для дальнейшей обработки.

База данных (4) содержит набор электронных данных созданных ПСО (5), электронные данные описаний характеристик гидроакустических антенн по их типам (6), электронные данные гидрологических характеристик районов мирового океана (7) и картографические электронные данные районов мирового океана (8).

Блок преобразования сигналов (фиг.3) состоит из сетевого адаптера (9), вычислительного устройства (10) и платы ввода-вывода (11) и предназначен для приема по последовательному каналу Ethernet информации ПСО, преобразования ее в цифровой параллельный код и передачи ее в блок сопряжения БС (фиг.6), а также обеспечивает обмен информацией, содержащей моделированные с РУМ навигационные параметры и параметры системы единого времени (СЕВ) сопрягаемых с ГАС системами в БС. Блок преобразования сигналов может быть исполнен конструктивно в корпусе Micro ATX. Аппаратно-программная часть блока обеспечивает прием пакетов по сети Ethernet от РУМ, их дальнейшее разделения на пакеты каналов ПСО и пакеты, имитирующие внешние системы ГАС (репитер курса и СЕВ).

Пакеты, содержащие данные для аналоговых каналов, помещаются в программный буфер, предназначенный для обеспечения временного хранения некоторого объема данных, из которого параллельно записи происходит чтение и вывод информации через плату ввода-вывода (фиг.5) в БС для цифро-аналогового преобразования.

Блок сопряжения (фиг.4) содержит двенадцать 12-канальных цифроаналоговых преобразователей (МЦАП12) (12), два модуля питания (ИВЭП-1, ИВЭП-2) (14, 15) и модуль согласования (МСОГЛ) (13) и предназначен для преобразования цифрового кода каналов ПСО в их аналоговый эквивалент, а также счет единого времени и выдачу этих сигналов через щит соединительный в приборы ФХН и внешних связей ГАС.

Щит соединительный (фиг.5) содержит блоки электрических разъемов (16, 17) для обеспечения подключения выходных сигналов заявляемого устройства с приборами ФХН и внешних связей ГАК.

Технические требования:

ПЭВМ с характеристиками не хуже Pentium -4, с тактовой частотой 2,4 ГГц, последовательный канал Ethernet со скоростью передачи данных 100 Мбит/с, подключение БС к БПС по трем параллельным 8-ми разрядным шинам данных и каналу RS-232, максимальная амплитуда аналоговых сигналов ±3 В, частота дискретизации пространственных каналов - 16 кГц, все цифровые выходные сигналы имеют уровень КМОП 5 В.

Управление устройством имитации сигналов акустических антенн, предназначенное для отладки алгоритмов функционирования ГАС в процессе их разработки или настройки, а также его использование в тренажерах подготовки операторов ГАК при отработки ими функциональных задач, осуществляется с РУМ, предварительно обеспечив наличие электрического питания в его блоках и, если осуществляется отладка или тестирование ГАС, то необходимо наличие ее обслуживающего персонала и включенное ее соответствующее оборудование, а также методику тестирования или отладки.

После включения питания тестирование или отладка производится с помощью РУМ. Для создания ПСО либо выбирается из базы данных 4 ранее подготовленный вариант ПСО и, если необходима его корректировка, то она осуществляется с помощью редактора задания и имитации ПСО; при этом, как правило корректируется тактическая обстановка (расположение динамических объектов и их параметры движения, в том числе и носителя антенны, а также гидрологические и метеорологические условия). В противном случае, создание ПСО осуществляется в следующем порядке. В начале выбирается картографический район мирового океана из базы данных (8) и из базы данных (7), его гидрологические характеристики и, если необходимо, с помощью редактора ГАУ осуществляется их корректировка. После этого осуществляется расстановка объектов тактической обстановки с указанием их координат и параметров движения. Далее с помощью редактора шумов объектов и помех создается описание шума объекта в точке шумоизлучения в зависимости от его скорости хода и параметров движения и с помощью редактора характеристик гидроакустических антенн задается пространственное положение и направленность гидрофонов антенны носителя. Рассчитанные данные с помощью модуля генерации шумов объектов и помех формируются блоки дискретной последовательности шума во временной области. Далее модуль формирования дискретных цифровых каналов и сетевого обмена суммирует шумы и помехи всех объектов обстановки в выходные каналы антенны, формируя в каждом канале амплитудный уровень и фазовые задержки на основе описания антенны. После формирования всех каналов они поступают в модуль сетевого обмена и передаются в БПС для дальнейшей обработки.

Использование данного устройства позволит повысить надежность проектирования гидроакустических станций и эффективность поиска неисправностей станций, принятых в эксплуатацию как в береговых условиях, так и на корабле, а также данное устройство может быть использовано при отработке знаний и умений операторов ГАС на корабле при его подключении к соответствующим ее входам.

1. Устройство имитации сигналов гидроакустических антенн, содержащее рабочее место задания условий моделирования помехово-сигнальной обстановки, блок преобразования сигналов, блок цифроаналоговых преобразований и согласования и щит соединительный, объединенные между собой посредством программно-технических средств локальной вычислительной сети между блоком моделирования и блоком преобразования сигналов для передачи цифрового сигнала и 24-ю каналами для передачи цифрового сигнала из блока преобразования сигнала в блок преобразования параллельного цифрового кода до 144-х аналоговых каналов и одного последовательного канала согласования для передачи курса и согласования единого времени, соответствующих входным сигналам гидроакустических комплексов, аналогичным сигналам, поступающим от гидроакустических антенн, отличающееся тем, что рабочее место задания условий моделирования помехово-сигнальной обстановки представляет собой совокупность ПЭВМ, средств связи локальной вычислительной сети и загруженного в нее программного обеспечения и базу данных, содержащую набор данных созданных помехово-сигнальных обстановок в заданных районах мирового океана, их гидрологические и картографические характеристики и электронные данные описаний характеристик гидроакустических антенн по их типам, при этом рабочее место задания условий моделирования установлено с возможностью задания различных вариантов помехово-сигнальной обстановки с различными гидрологическими и метеорологическими условиями в выбранных районах мирового океана.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что его можно использовать в целях подготовки операторов гидроакустических комплексов, где рабочее место обучаемого(ых) представляет собой рабочее место оператора(ов) действующих гидроакустических комплексов, а рабочее место инструктора обучения состоит из рабочего места задания условий моделирования, при этом в нем должен быть предусмотрен вариант его использования в режиме тренажа.



 

Наверх