Имитатор сигналов группы гидроакустических маяков-ответчиков

Устройство относится к области гидроакустики и может быть использовано для проверки работоспособности и оценки точности работы гидроакустических станций (ГАС) и работающих с ними навигационных комплексов при определении координат судна относительно группы из трех маяков-ответчиков (МО). Задачей устройства является выработка, по сигналу запроса ГАС, трех радиоимпульсов, задержанных относительно сигнала запроса на фиксированные интервалы времени. Для решения поставленной задачи в известный имитатор сигналов доплеровского лага, содержащий антенну, первый имитатор расстояния, формирователь помех, формирователь импульсов, первый формирователь импульсов, сумматор, два модулятора, два гетеродина, введены два усилителя, коммутатор, полосовой фильтр, детектор, пороговое устройство, второй и третий имитаторы расстояния, второй и третий формирователи импульсов, третий модулятор, третий гетеродин, аналоговый ключ и триггер с соответствующими связями.

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, а также для оценки точности определения координат судна относительно МО в процессе морских испытаний при передаче флоту ГАС и навигационных комплексов (НК) при их совместной работе.

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. По данным, поступающим от ГАС, а также по известным координатам МО в НК определяют координаты судна.

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, следующих один за другим с известной фиксированной задержкой. Оценку точности определения расстояний до МО можно выполнить сопоставляя измеренные ГАС значения задержек между моментом излучения сигнала запроса МО и моментами приема сигналов ответа при заданных соотношениях сигнал/помеха со значениями фиксированных задержек, установленных в имитаторе. Оценку точности работы НК можно выполнить присвоив каждому из МО, сигнал которого имитируется, фиксированные координаты, установленные исходя из фиксированных задержек в имитаторе. По поступающим из ГАС в НК данным об измеренных и имитируемых задержках, вычисляют координаты судна относительно МО и сопоставляют их с эталонными, рассчитанными по известным, фиксированным задержкам.

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 [6]. В состав устройства-прототипа входят общие с заявляемым устройством элементы: антенна, имитатор расстояния, формирователь помех, формирователь импульсов, сумматор, два модулятора, два гетеродина.

Недостатком устройства прототипа является невозможность приема сигналов запроса от ГАС и формирования нескольких сигналов ответа с фиксированными задержками между ними.

Задачей изобретения является устранение указанного недостатка с целью создания имитатора сигналов группы МО, позволяющего существенно упростить методику проверки точностей ГАС и НК в морских условиях в процессе сдачи этих изделий флоту. В настоящее время для оценки точности НК при совместной работе с ГАС при определении координат судна относительно МО требуется оборудование полигона не менее, чем тремя МО, устанавливаемыми в вершинах воображаемого треугольника. Расстояние между МО от 2 до 5 км. Координаты устанавливаемых на дно МО и судна должны быть определены с погрешностью не более 2-3 м, что в открытом море является весьма сложной, а иногда и невыполнимой задачей. В период проведения испытаний должно быть измерено распределение скорости звука по глубине и рассчитаны геометрические дальности действия (в зависимости от расположения по глубине МО и ПА), в пределах которых обеспечивается заданная точность определения расстояний до МО. Оборудование полигона в зависимости от погодных условий и используемого для определения координат навигационного оборудования может занимать несколько суток. Ограниченный срок службы современных отечественных МО, используемых для навигации ПА (не более 2-х недель), и возможность проведения испытаний ГАС и НК при волнении моря не более

1-2 баллов, предельно усложняют организацию и проведение испытаний. Таким образом, сдача ГАС и НК на ПА превращается в научно-исследовательскую работу, на которую затрачивается много времени, усилий и средств. Предлагаемый имитатор позволяет выполнят оценку точности ГАС и НК без использования МО и навигационного обеспечения, не выходя в море - у стенки в гавани. При этом не требуется определение в реальных условиях координат МО и судна. Антенна имитатора располагается в воде вблизи с антенной ГАС, уровни излучаемых имитатором сигналов и помех устанавливаются исходя из предельного соотношения сигнал/помеха, при котором гарантируются точности ГАС и НК. По многократным циклам запрос-ответ определяют погрешности измерения задержек прихода сигналов ответа ГАС и координат судна с помощью НК.

Сущность заявляемого устройства состоит в том, что в устройство, содержащее антенну, первый имитатор расстояния, формирователь помех, первый формирователь импульсов, сумматор, два модулятора, два гетеродина, причем первый имитатор расстояния, первый формирователь импульсов, первый модулятор и сумматор соединены последовательно, второй вход первого модулятора подключен к выходу первого гетеродина, второй гетеродин, второй модулятор и сумматор соединены последовательно, выход формирователя помех соединен с третьим входом сумматора, ОТЛИЧАЮЩИЙСЯ тем, что в него введены два усилителя, коммутатор, полосовой фильтр, детектор, пороговое устройство, второй и третий имитаторы расстояния, второй и третий формирователи импульсов, третий модулятор, третий гетеродин, аналоговый ключ и триггер, причем антенна, коммутатор, первый усилитель, полосовой фильтр, детектор и пороговое устройство соединены последовательно, второй вход коммутатора соединен с выходом второго усилителя, выход порогового устройства соединен одновременно с первым входом триггера и со входами всех трех имитаторов расстояния, выходы второго и третьего имитаторов расстояния соединены соответственно со входами одноименных формирователей импульсов, выходы которых подключены ко вторым входам модуляторов соответственно, выход третьего гетеродина подключен к первому входу одноименного модулятора, выход которого соединен с четвертым входом сумматора, выход сумматора соединен с первым входом аналогового ключа, выход которого соединен со входом второго усилителя, выход третьего формирователя импульсов соединен со вторым входом триггера, выход которого соединен со вторым входом аналогового ключа.

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

- антенна - 1;

- первый, второй и третий имитаторы расстояния - 2, 16 и 17;

- формирователь помех - 3;

- первый, второй и третий формирователь импульсов - 4, 18 и 19;

- сумматор - 5;

- первый, второй и третий модуляторы - 6, 7 и 20;

- первый, второй и третий гетеродины- 8, 9, и 21;

- первый, второй усилители - 10, 11;

- коммутатор - 12;

- полосовой фильтр - 13;

-детектор - 14;

- пороговое устройство - 15;

- аналоговый ключ - 22;

- триггер - 23.

Выход блока 1 соединен со входом блока 12, выход блока 12 соединен со входом блока 10, выход блока 10 соединен со входом блока 13, выход блока 13 соединен со входом блока 14, выход блока 14 соединен со входом блока 15, выход блока 15 соединен со входами блоков 2, 16, 17, 23, выходы блоков 2, 16, 17 соединены соответственно со входами блоков 4, 18, 19, выходы блоков 4, 18, 19 соединены соответственно с первыми входами блоков 6, 7, 20, выходы блоков 8, 9, 21 соединены соответственно со вторыми входами блоков 6, 7, 20, выходы блоков 6, 7, 20 соединены соответственно с 1, 2, 4 входами блока 5, вход блока 3 соединен с 3 входом блока 5, выход блока 5 соединен с первым входом блока 22, выход блока 22 соединен со входом блока 11, выход блока 11 соединен со входом блока 12, выход блока 23 соединен со вторым входом блока 22, выход блока 19 соединен со вторым входом блока 23.

В качестве составных частей имитатора могут быть применены указанные ниже элементы или их аналоги:

- антенна - электрический преобразователь [1, стр. 154-202, 252];

- имитатор расстояния и формирователь импульсов - стандартный измерительный генератор импульсов типа Г5-56 [2, стр. 180], имеющий внешний запуск, формирующий видеоимпульс, длительность и задержка которого относительно импульса внешнего запуска могут изменяться.

- формирователь помех - стандартный измерительный генератор шумовых сигналов типа Г2-59, Г2-57 и т.п.[2, стр. 162];

- сумматор - 4 резистора, одни из одноименных выводов которых соединены вместе и являются выходом, а остальные - входами;

- модулятор - схема "И" [3, стр. 177];

- гетеродин - измерительный генератор типа Г3-110 [2, стр. 163];

- первый усилитель - усилитель [4, стр. 73-88], второй - [4, стр. 30-49];

- коммутатор - реле РЭС-22 РФ4.500.131 с кнопкой КМД2-1 в ОЮ0.360.011 ТУ, либо бесконтактный диодный коммутатор приема-передачи, в котором сигнал с блока 11 к блоку 1 поступает через антипараллельную диодную цепочку, а с блока 1 к блоку

10 - через резистор, вывод которого, соединенный с блоком 10 соединяется через антипараллельную диодную цепочку с обидим (нулевым) проводом блока 10;

- полосовой фильтр - фильтр [3, стр. 107];

- детектор - [3, стр. 146];

- пороговое устройство - одностабильный мультивибратор [3, стр. 259] или триггер Шмитта [3, стр. 260];

- аналоговый ключ - [5, стр. 447];

- триггер - микросхема 564ТМ2 бК0.347.064 ТУ. Заявляемое устройство работает следующим образом, см. фиг.2. Испытуемая ГАС излучает сигнал запроса МО, который стоит, как правило, из двух импульсов с различными несущими частотами заполнения. Первый импульс большой длительности обеспечивает помехоустойчивость приема, а по второму короткому импульсу регистрируется момент приема сигнала.

Сигнал запроса принимается антенной 1 имитатора, через коммутатор 12 поступает на усилитель 10 (U ₁, U₁₀). Полосовым фильтром 13 выделяется второй импульс запроса (U₁₃), детектируется (U₁₄) и регистрируется пороговым устройством (U₁₅). Передним фронтом импульса (U ₁₅) запускаются три имитатора расстояний - 2, 16, 17 и триггер 23. Перепад напряжения от триггера открывает аналоговый ключ 22, через который, усилитель 11 и коммутатор 12 на антенну 1 поступает напряжение помех. Имитаторы расстояний 2, 16, 17 вырабатывают импульсы, задержанные на время (t ₁, t₂, t₃) (U₂, U₁₆, U ₁₇), запускающие формирователи импульсов 4, 18, 19 (U ₄, U₁₈, U₁₉ ). Модуляторы 6, 7, 20 при поступлении на них сигналов от гетеродинов 8, 9, 21 и от формирователей 4, 18, 19 вырабатывают радиоимпульсы (U₄, U₁₈, U ₁₉), которые через сумматор 5 (U₅ ) поступают на антенну 1 и излучаются в воду.

Из приведенного описания следует, что заявленное устройство решает поставленную задачу имитации сигналов ответа группы МО, что позволяет выполнить оценку точности ГАС НК без использования МО.

Источники информации

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

2 Каталог изделий промышленности средств связи" 89 Радиоизмерительные приборы, серия 1, Центральный отраслевой орган НТИ "Экое", М., 1988 г.

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

4 "Апериодические усилители на полупроводниковых приборах" Проектирование и расчет, М., Советское радио, 1968 г.

5 "Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы", Справочник, М., Радио и связь, 1990 г.

6 Свидетельство на полезную модель "Имитатор отраженных гидроакустических сигналов доплеровского лага" RU 27714 U 1.

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

Имитатор сигналов гидроакустических маяков-ответчиков (МО), содержащий антенну, первый имитатор расстояния, формирователь помех, первый формирователь импульсов, сумматор, два модулятора, два гетеродина, причем первый имитатор расстояния, первый формирователь импульсов, первый модулятор и сумматор соединены последовательно, второй вход первого модулятора подключен к выходу первого гетеродина, второй гетеродин, второй модулятор и сумматор соединены последовательно, выход формирователя помех соединен с третьим входом сумматора, отличающийся тем, что в него введены два усилителя, коммутатор, полосовой фильтр, детектор, пороговое устройство, второй и третий имитаторы расстояния, второй и третий формирователи импульсов, третий модулятор, третий гетеродин, аналоговый ключ и триггер, причем антенна, коммутатор, первый усилитель, полосовой фильтр, детектор и пороговое устройство соединены последовательно, второй вход коммутатора соединен с выходом второго усилителя, выход порогового устройства соединен одновременно с первым входом триггера и со входами всех трех имитаторов расстояния, выходы второго и третьего имитаторов расстояния соединены соответственно со входами одноименных формирователей импульсов, выходы которых подключены ко вторым входам модуляторов соответственно, выход третьего гетеродина подключен к первому входу одноименного модулятора, выход которого соединен с четвертым входом сумматора, выход сумматора соединен с первым входом аналогового ключа, выход которого соединен со входом второго усилителя, выход третьего формирователя импульсов соединен со вторым входом триггера, выход которого соединен со вторым входом аналогового ключа.