Имитатор сигналов гидроакустических маяков-ответчиков

Устройство относится к области гидроакустики и может быть использовано для контроля работоспособности гидроакустических станций, работающих с маяками-ответчиками (МО). Задачей является создание имитатора сигналов ответа МО. Для решения поставленной задачи в известный имитатор сигналов доплеровского лага, содержащий антенну, модулятор и формирователь импульсов введены усилитель, формирователь периода следования импульсов, генератор качающейся частоты, интегратор, коммутатор и источник питания с соответствующими соединениями.

Заявляемое устройство относится к области гидроакустики и может быть использовано для контроля работоспособности гидроакустических станций (ГАС), предназначенных для определения места судов, подводных аппаратов (ПА) и подводных лодок (ПЛ) относительно установленных на дне нескольких (1-4) маяков-ответчиков (МО), координаты которых известны.

Такой контроль необходим до начала работ перед спуском ПА на воду или перед погружением ПЛ, т.к. упомянутые ГАС при работе в подводном положении являются единственным средством, дающим привязку ПА или ПЛ к географическим координатам и обеспечивающим периодическую коррекцию их навигационных комплексов.

Принцип действия ГАС основан на излучении сигнала запроса одинакового для всех МО, приеме сигналов ответа, отличающихся номиналами частот, для обеспечения возможности идентификации принятых сигналов конкретным МО, измерении времени распространения сигналов от момента излучения до момента приема сигналов и вычислении расстояний до каждого из МО.

Для контроля ГАС, после излучения ею сигнала запроса, необходимо сформировать и излучить последовательность не менее четырех радиоимпульсов с различными несущими частотами, равными частотам ответа МО и убедиться, что в ГАС приняты и зафиксированы все сигналы, соответствующие сигналам ответа МО.

Известны имитаторы отраженных сигналов [6, 7], создающие модели отраженных сигналов, близкие к реальным, позволяющие проверить работоспособность гидро или радиолокаторов в рабочем диапазоне расстояний до отражающих поверхностей при реальных отношениях сигнал/шум. Основными элементами типового имитатора являются:

- имитатор расстояния, формирующий импульс, задержанный относительно зондирующего импульса гидролокатора, и сигнал для регулировки коэффициента передачи делителя напряжения. Задержка формируемого импульса и сигнал регулировки устанавливаются пропорциональными имитируемому расстоянию;

- управляемый по частоте гетеродин (далее гетеродин), формирующий частоту отраженного сигнала, зависящую от эффекта Доплера, т.е. от скорости движения носителя гидролокатора;

- формирователь импульсов, вырабатывающий длительность отраженного сигнала, изменяемую в зависимости от расстояния до отражающей поверхности;

- модулятор, формирующий отраженный радиоимпульс;

- делитель напряжения, предназначенный для имитации ослабления сигнала с расстоянием;

- формирователь помех, создающий напряжение помех, близкое по спектру и характеру реальным помехам;

- сумматор, предназначенный для сложения напряжений помехи и имитируемого отраженного сигнала.

Наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемой полезной модели является "Имитатор отраженных гидроакустических сигналов доплеровского лага", описание которого приведено в [7]. В состав устройства-прототипа входят общие с заявляемым устройством элементы: модулятор, формирователь импульсов и антенна.

Недостатком устройства прототипа является невозможность формировать им последовательности из нескольких импульсов, каждый из которых заполнен индивидуальной несущей частотой.

Задачей изобретения является устранение указанного недостатка.

Сущность заявляемого устройства состоит в том, что в устройство, содержащее антенну, модулятор, формирователь импульсов, выход которого соединен с первым входом модулятора, введены усилитель, вход которого подключен к выходу модулятора, а выход соединен с антенной, а также формирователь периода следования импульсов, генератор качающейся частоты, интегратор, коммутатор и источник питания, причем выход формирователя частоты следования импульсов подключен ко входу формирователя импульсов, выход интегратора соединен с первым нормально замкнутым контактом коммутатора и одновременно со входом генератора качающейся частоты, выход которого подключен ко второму входу модулятора, потенциальный выход источника питания соединен через нормально разомкнутый контакт коммутатора со всеми блоками имитатора, второй нормально замкнутый контакт коммутатора соединен с общим проводом всех блоков имитатора.

Структура заявляемого устройства показана на фиг.1, где введены следующие обозначения:

- антенна - 1;

- модулятор - 2;

- формирователь импульсов - 3;

- усилитель - 4;

- формирователь периода следования импульсов - 5;

- генератор качающейся частоты - 6;

- интегратор - 7;

- коммутатор - 8;

- источник питания - 9.

Выход блока 3 соединен с первым входом блока 2, вход блока 4 соединен с выходом блока 2, а выход соединен со входом блока 1, выход блока 5 соединен со входом блока 3, выход блока 7 соединен с первым нормально замкнутым контактом

блока 8 и со входом блока 6, выход которого подключен ко второму входу блока 2, потенциальный выход блока 9 соединен через нормально разомкнутые контакты блока 8 со всеми электронными боками устройства, второй нормально замкнутый контакт блока 8 соединен с общим проводом всех блоков устройства.

В качестве антенны может быть использован при проверке в воздухе (при нахождении ПА на борту на борту носителя) динамический громкоговоритель типа ЗГДВ-2, ЗГД-15, ЗГЛ-31 [1, стр. 97], либо электроакустический преобразователь при проверке в воде, либо в воздухе [2, стр. 154 - 202, 252].

В качестве модулятора может быть применена схема "И" [3, стр. 177], на один из входов которой поступают импульсы от блока 3. а на другой вход - от блока 6.

В качестве формирователя импульсов может быть применен ждущий мультивибратор [4, стр. 234-237].

В качестве формирователя периода следования импульсов может быть применен несинхронизированный мультивибратор [4, стр. 227 - 232]. В случае применения несимметричного мультивибратора последний может выполнять одновременно функции формирователя частоты следования и длительности импульсов.

В качестве генератора качающейся частоты может быть применен генератор синусоидального сигнала [4, стр. 232-234], генератор [5, стр. 33-34], либо симметричный мультивибратор [4, стр. 232-237], частота следования импульсов которого изменяется с изменением напряжения, подводимого к базам транзисторов.

В качестве интегратора может быть применена цепочка RC [3, стр. 226-228].

В качестве коммутатора - кнопка малогабаритная КМД2-Iв ОЮО.360.011 ТУ.

В качестве источника питания - несколько соединенных последовательно аккумуляторов ЦНК-0,45 ФЛ0.375.009 ТУ.

Заявляемое устройство работает следующим образом, см. фиг.2.

При нажатии оператором кнопки, являющейся коммутатором - 8 разблокируется конденсатор интегратора - 7 и начинается его заряд при замыкании контактов кнопки, являющейся коммутатором - 8 и поступлении через них напряжения питания от блока 9 ко всем блокам устройства.

Генератор качающейся частоты 6 начинает вырабатывать напряжение, частота которого изменяется во времени пропорционально подводимому от интегратора растущему напряжению от f₀ до f _n (в диапазоне рабочих частот сигналов ответа МО), где f₀ f_n - граничные частоты диапазона, занимаемого частотами ответа МО.

Блок 5 вырабатывает импульсы постоянного тока период следования которых в 2-3 раза превышает длительность импульсов, вырабатываемых блоком 3.

Блок 3 вырабатывает прямоугольные импульсы напряжения, длительность которых равна длительности сигналов ответа МО. Сигналы от блоков 3 и 6 поступают на модулятор - 2, на выходе которого имеем радиоимпульсы, частота в каждом из которых и от импульса к импульсу медленно изменяется.

Принимая длительность сигналов ответа =10 мс, период следования =30 мс, полосу пропускания приемных каналов ГАС f=100 Гц, диапазон частот, занимаемый частотами ответа МО f=1500 Гц и допуская изменение частоты сигнала от импульса к импульсу не более 0,3f30 Гц, находим, что при скорости изменения частоты 10 ^-3 Гц/сек весь диапазон частот будет пройден за 1,5 сек. Таким образом, за 1,5 сек будут сформированы 50 радиоимпульсов, из которых не менее трех обязательно будут попадать в полосы пропускания фильтров ГАС, настроенных на частоты, совпадающие с частотами ответа каждого из входящего в группу МО. После того, как все "ответные" сигналы излучены, т.е. через 1,5 сек или позже, кнопку блока 8 отпускают и устройство прекращает работу.

При проверке ГАС сначала излучают ею сигнал запроса МО, затем, расположив антенну устройства рядом с антенной ГАС, нажимают кнопку коммутатора - 8 и излучают имитатором сигналы "ответа". По индикатору, предназначенному для измерения времени распространения сигналов до МО или расстояний до МО, убеждаются, что все сигналы "ответа" зафиксированы, т.е. зафиксированы "расстояния" до МО, пропорциональные времени между посылкой сигнала запроса и приемом сигналов ответа.

Из приведенного описания следует, что заявленное устройство решает поставленную задачу имитации сигналов ответа МО.

Источники информации

1 Р.М,Терещук и др. "Полупроводниковые приемно-усилительные устройства", Киев, "Наукова думка", 1982 г.

2 Л.В.Орлов, А.А.Шабров "Расчет и проектирование антенн гидроакустических рыбо-поисковых станций", М., Пищевая промышленность, 1974 г.

3 М.Мэндл "200 избранных схем электроники", М., "Мир", 1980 г.

4 Й.Янсен "Курс цифровой электроники", Том 1, М., "Мир", 1987 г.

5 Б.Степанов "Простой ГКЧ", Радио №1, 1980 г., стр 33, 34.

6 А.С.Колчеданцев "Гидроакустические станции", Л., "Судостроение", 1982 г. (стр. 175-180).

7 Свидетельство на полезную модель №27714.

Имитатор сигналов гидроакустических маяков-ответчиков, содержащий антенну, модулятор, формирователь импульсов, выход которого соединен с первым входом модулятора, отличающийся тем, что в него введены усилитель, вход которого подключен к выходу модулятора, а выход соединен с антенной, а также формирователь периода следования импульсов, генератор качающейся частоты, интегратор, коммутатор и источник питания, причем выход формирователя периода следования импульсов подключен ко входу формирователя импульсов, выход интегратора соединен с первым нормально замкнутым контактом коммутатора и одновременно со входом генератора качающейся частоты, выход которого подключен ко второму входу модулятора, потенциальный выход источника питания соединен через нормально разомкнутый контакт коммутатора со всеми блоками имитатора, второй нормально замкнутый контакт коммутатора соединен с общим проводом всех блоков имитатора.