Навигационная гидроакустическая станция освещения ближней обстановки

Полезная модель относится к области гидроакустики и может быть использована для построения навигационных гидроакустических станций освещения ближней обстановки и получения более полных данных о районе функционирования и об обнаруженных объектах. Технический результат полезной модели заключается в обеспечении обзора пространства во всех направлениях. Для решения поставленной задачи используются три антенны, одна из которых осматривает горизонтальную сферу по ходу движения, вторая крестообразная может осматривать горизонтальную и вертикальную сферу по ходу движения, при этом они работают не совместно. Третья антенна работает постоянно и осматривает горизонтальную кормовую полусферу. Первая и вторая антенны имеют общий канал обработки, а третья антенна собственный тракт обработки. Каждый тракт обработки имеет коммутатор систему предварительной обработки, блок измерения параметров. Координацию работы станции осуществляет блок управления и отображения, блок управления обработкой и блок управление излучением. На основании полученной информации формируется общий кадр отображения, состоящий из средней части, на которую выводится информация от первой антенны в горизонтальной плоскости по ходу движения, а по бокам информация от третьей антенны, разделенная на две равные части относительной кормовой горизонтальной полусферы. Кадр может формироваться информацией от крестообразной антенны, которая представляет одновременно и горизонтальный и вертикальный сектора обзора. Дополнительно введен блок идентификации, который может собирать и обрабатывать сигнал, полученный от нескольких антенн по одной цели.

Полезная модель относится к области гидроакустики и может быть использована для построения навигационных гидроакустических станций освещения ближней обстановки и получения более полных данных об обнаруженных объектах и районе функционирования носителя станции.

Известна аппаратуре рыбопоискового гидролокатора "Угорь", которая предусматривает режим секторного обзора пространства (Тикунов А.И. "Рыбопоисковые приборы и комплексы" Л. Судостроение 1989 г. стр. 140÷153).

В состав гидролокатора входит приемная и излучающая гидроакустическая антенна, коммутатор приема передачи, генераторное устройство, тракт приема, включающий аппаратуру обработки принятых сигналов и пульт управления с электронным индикатором.

Антенна гидролокатора «Угорь» в режиме обзора не направленно излучает акустические зондирующие сигналы в горизонтальной плоскости. В режиме приема осуществляется электронное сканирование диаграммы направленности в горизонтальной плоскости по направлению движения, прием сигнала, обработка сигнала и вывод информации на дисплей для принятия решения оператором.

Недостатком является то, что сканирование происходит последовательно в секторе по горизонту и отсутствует информация по вертикали и по кормовой сфере.

Известна навигационная гидроакустическая станция освещения ближней обстановки по патенту РФ 2225991 от 24.12.2001 г, которая по технической сущности является наиболее близкой к заявленной полезной модели. Станция содержит приемопередающую антенну, генератор, блок управления, коммутатор приема передачи с трактом предварительной обработки, первую цифровую вычислительную систему, соединенную с выходом тракта предварительной обработки интерфейсами, последовательно соединенную с первой вторую цифровую вычислительную машину совместно с монитором, тракт измерения скорости звука, цифроаналоговый тракт прослушивания.

Недостатком такой станции является ограниченные возможности обзора пространства, поскольку приемопередающая антенна расположена в носовой части подводного аппарата и осматривает пространство только по ходу движения.

Задачей настоящего изобретения является расширение функциональных возможностей навигационной гидроакустической станции освещения ближней обстановки.

Технический результат полезной модели заключается в обеспечении обзора пространства в горизонтальной и вертикальной плоскостях и в кормовой полусфере путем введения дополнительных антенн и объединенной системы обработки.

Для обеспечения указанного технического результата в навигационную гидроакустическую станцию освещения ближней обстановки, содержащую носовую антенну, первый генератор, первый коммутатор приема передачи, первый тракт предварительной обработки, блок управления и отображения, введены новые признаки, а именно: крестообразная антенна, антенна обзора кормовой полусферы, последовательно соединенные первый блок измерения параметров эхосигнала, вход которого соединен с выходом первого тракта предварительной обработки сигнала и блок идентификации, выход которого соединен с первым входом блока формирования общего кадра обзора, выход которого соединен с входом блока управления и отображения, при этом первый и второй выходы первого коммутатора приема передачи соединены с носовой и крестообразной антенной соответственно, а вход первого коммутатора приема передачи соединен с выходом первого генератора, вход которого соединен с первым выходом блока управления и отображения, также введены последовательно соединенные второй коммутатор приема передачи, второй тракт предварительной обработки сигнала, второй блок измерения параметров эхосигнала, выход которого соединен со вторым входом блока формирования общего кадра обзора, при этом второй выход второго коммутатора приема передачи соединен с антенной обзора кормовой полусферы, а его вход с выходом второго генератора, вход которого соединен со вторым выходом блока управления и отображения, также введены последовательно соединенные блок управления обработкой и блок управления излучением, причем первый и второй выходы блока управления излучением соединены со вторыми входами первого и второго коммутаторов приема излучения, а первый и второй выходы блока управления обработкой со вторыми входами первого и второго трактов предварительной обработки и второй выход второго блока измерения параметров соединен со вторым входом блока идентификации.

Сущность полезной модели поясняется фиг 1, на которой приведена блок схема предложенной навигационной гидроакустической станцией освещения ближней обстановки.

Предложенная навигационная гидроакустическая станция освещения ближней обстановки (фиг.1) содержит носовую приемопередающую антенну 1, соединенную с первым выходом первого коммутатора 5, крестообразную антенна 2 последовательно соединенную со вторым выходом первого коммутатора 5, первый вход которого соединен с выходом генератора 7, вход которого соединен с первым выходом блока управления и отображения 16. Третий выход первого коммутатора 5 через первый вход первого тракт предварительной обработки 10, первый блок измерения параметров 12, блок идентификации 14 и первый вход блока формирования общего кадра 15 соединен с первым входом блока управления и отображения 16. Второй выход блока 16 соединен с входом второго генератора 6 и через первый вход второго коммутатора 4 с антенной 3 обзора кормовой полусферы. Третий выход блока управления и отображения 16 через вход блока 11 управления обработкой и блок 8 управления излучением соединен со вторым входом второго коммутатора 4, а второй выход блока 8 управления излучением соединен со вторым входом первого коммутатора 5. Второй выход второго коммутатора 4 через первый вход второго тракта 9 предварительной обработки антенны кормовой полусферы, второй блок 13 измерения параметров антенны обзора кормовой полусферы соединен со вторым входом блока 15 формирования общего кадра обзора, второй выход второго блока измерения параметров соединен со вторым входом блока 14 идентификации, а второй выход блока 11 управления обработкой соединен со вторым входом первого тракта предварительной обработки 10, а третий выход блока 11 со вторым входом второго тракта предварительной обработки 9.

Блоки 1-7, являются известными устройствами которые используются в прототипе и достаточно подробно изложены в литературе по гидроакустике (А.С.Колчеданцев «Гидроакустические станции» Судостроение Л 1982 г. «Справочник по гидроакустике» Судостроение Л. 1988 г.).

Блоки 8-16 могут быть реализованы на спецпроцессорах, которые выполняют базовые алгоритмы обработки гидроакустических сигналов, формирование характеристик направленности при работе в реальном времени с использованием аппаратных решений и жесткой логике вычислений. (Ю.А.Корякин, С.А.Смирнов, Г.В.Яковлев Корабельная гидроакустическая техника С. - П. Наука 2004 г. Стр. 278-297).

Вопросы, связанные с цифровой обработки сигналов, вопросы модуляции и демодуляции, спектральный анализ, а также использование пакетов расширения «Матлаб», которые обеспечивают последовательную процедуру использования алгоритмов, рассмотрены в пособии А.Б.Сергиенко «Цифровая обработка сигналов» Санкт Петербург 2011 г стр.655.

Блоки могут быть реализованы так же на базе и в рамках ЦВС-1 и ЦВС-2 прототипа, которые представляют собой совокупность универсальных и специальных процессоров с интерфейсами обмена с внешними системами.

Предложенная навигационная станция освещения ближней обстановки работает следующим образом.

Режим работы определяется оператором и устанавливается с пульта блока 16 управления и отображения. Антенна обзора кормовой полусферы 3 работает всегда и обнаруживает объекты со стороны кормовой полусферы. Антенна 1 носовая и крестообразная антенна 2 работают в несовместном режиме. Они обрабатывают эхосигналы со стороны передней полусферы. Сигнал управления, определяющий порядок работы передается с блока 16 управления и отображения на генератор 6 антенны кормовой полусферы и на генератор 7 носовой и круговой антенны. Блок управления излучением 8 устанавливает процедуры обработки используемых видов сигналов их последовательность и согласование с законом модуляции. Генератор 6 антенны кормовой полусферы формирует зондирующий сигнал нужной длительности, несущей частоты и электрической мощности, и через второй коммутатор 4 передает его на антенну 3, которая преобразует электрический сигнал в акустический и излучает в водную среду. Отраженный от объекта эхосигнал принимается антенной 3, преобразуется в электрический сигнал и через второй коммутатор 4 передается на второй тракт предварительной обработки сигналов 9. Во втором тракте предварительной обработки 9 происходит преобразование аналогового электрического сигнала в цифровой сигнал и далее фильтрация, оптимальная обработка с использованием стандартных процедур. Обработанные временные реализации, представляющие собой последовательные отсчеты, принадлежащие эхосигналу и помехе, поступают на второй блок измерения параметров эхосигнала 13. В этом блоке происходит сравнение амплитуд отсчетов с порогом и принятие решения о наличии сигнала и измерение амплитуды, номера временного отсчета и номера характеристики направленности, в котором обнаружен эхосигнал и передача их в блок 14 идентификации и в блок 15 формирования общего кадра обзора. В блоке 14 идентификации данные всех обнаруженных объектов запоминаются и в дальнейшем используются для идентификации с данными, полученными от носовой и крестообразной антенн. Одновременно исходные временные реализации последовательно по мере поступления подаются в блок 15 формирования общего кадра обзора. Общий кадр обзора необходим для того, что бы оператор имел возможность оценивать обстановку со всех направлений при движении носителя навигационной станции и оценивать возможность движения в различных ситуациях кораблевождения. На второй вход блока 15 формирования общего кадра обзора поступают данные от носовой 1 или крестообразной антенны 2 из блока 14 идентификации. Носовая и крестообразная антенна работают несовместно. При включении станции по умолчанию включается носовая антенна 1, которая производит осмотр пространства в передней полусфере, либо в статическом режиме, либо в сканирующем последовательном обзоре. Принятые временные реализации через первый коммутатор 5 передаются на первый тракт предварительной обработки носовой и крестовой антенны 10, где происходит преобразование в цифровой вид, оптимальная обработка, полосовая фильтрация, выбор порога, обнаружение эхосигналов, превысивших порог, и измерение параметров. Все временные отсчеты последовательно по всем направлениям передаются через первый блок измерения параметров сигнала 12, блок идентификации 14 в блок формирования общего кадра обзора 15. Общий кадр обзора содержит несколько неравных частей. В пределах носового сектора обзора выводится информация по курсу движения от носовой антенны 1. Слева и справа от носового сектора обзора формируются левая и правая части кормового сектора обзора равномерно разделенная на две части относительно кормы носителя станции. Таким образом, оператор имеет возможность наблюдать на одном кадре в декартовых координатах положение отметок от целей по курсу движения и в корме. С блока управления и отображения 16 может выдаваться команда на подключение вместо носовой антенны 1 крестообразную антенну 2. Особенностью крестообразной антенны 2 является то, что имеется возможность формировать не только горизонтальный сектор наблюдения, но и вертикальный сектор наблюдения, что позволяет оценивать положение обнаруженного объекта по глубине и вертикальную структуру объекта. Оператор имеет возможность выбрать на кадре общего обзора любую отметку и через блок управления обработкой 11 ввести данные в первый тракт предварительной обработки 10 о положении объекта и, соответственно, о порядке обработки информации по вертикальным и горизонтальным каналам. Эти данные через первый блок 12 измерения параметров эхосигнала поступают в блок идентификации 14, где сравниваются с данными целей, обнаруженных носовой антенны 1 и данными объектов, обнаруженных горизонтальными каналами крестообразной антенны 2. При их совпадении происходит формирование уточненных совместных данных по объекту обнаружения и вывод их на блок управления и отображения 16. В этой ситуации блок 15 формирования общего кадра обзора имеет возможность отображать на месте кадра носовой антенны 1 кадр горизонтальных каналов крестообразной антенны 2, или вместо всего кадра отображения антенн 1 и 3 кадр горизонтальных и вертикальных каналов крестообразной антенны 2.

Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет предоставить оператору дополнительную информацию об обнаруженных объектах в любой точке пространства и расширяет тактические и навигационные функциональные возможности станции.

Навигационная гидроакустическая станция освещения ближней обстановки, содержащая антенну, первый генератор, первый коммутатор приема передачи, первый тракт предварительной обработки и блок управления и отображения, отличающаяся тем, что дополнительно введены крестообразная антенна, антенна обзора кормовой полусферы, последовательно соединенные первый блок измерения параметров эхосигнала, вход которого соединен с выходом первого тракта предварительной обработки сигнала, и блок идентификации, выход которого соединен с первым, входом, блока формирования общего кадра обзора, выход которого соединен с входом блока управления и отображения, при этом первый и второй выходы первого коммутатора приема передачи соединены с носовой и крестообразной антенной соответственно, а вход первого коммутатора приема передачи соединен с выходом первого генератора, вход которого соединен с первым выходом блока управления и отображения, также введены последовательно соединенные второй коммутатор приема передачи, второй тракт предварительной обработки сигнала, второй блок измерения параметров эхосигнала, выход которого соединен со вторым входом блока формирования общего кадра обзора, при этом второй выход второго коммутатора приема передачи соединен с антенной обзора кормовой полусферы, а его вход с выходом второго генератора, вход которого соединен со вторым выходом блока управления и отображения, также введены последовательно соединенные с блоком управления и отображения блок управления обработкой и блок управления излучением, причем первый и второй выходы блока управления излучением соединены со вторыми входами первого и второго коммутаторов приема излучения, а первый и второй выходы блока управления обработкой со вторыми входами первого и второго трактов предварительной обработки и второй выход второго блока измерения параметров соединен со вторым входом блока идентификации.