МАГНИТНЫЙ КАНАЛ МОРСКОГО СТОРОЖЕВОГО УСТРОЙСТВА Российский патент 2000 года по МПК F42C13/08 

Изобретение относится к морской техникe и может быть использовано как составная часть морского сторожевого устройства, предназначенного для охраны акваторий, закрытых для судоходства, от кораблей-нарушителей, ведущих, например, незаконный лов рыбы.

Известные морские сторожевые устройства, используемые для защиты акваторий, имеют в своем составе магнитный канал, реагирующий на магнитное поле корабля-нарушителя. С помощью магнитного канала ведется обработка сигнала магнитной проходной характеристики корабля по двум разнополярным импульсам. Современные корабли имеют малую намагниченность. Для сохранения необходимого радиуса обнаружения в сторожевых устройствах вынужденно применяют магнитные каналы с высокой пороговой чувствительностью. Это понизило их помехоустойчивость. Возможны срабатывания магнитного канала сторожевого устройства от помех в виде двух разнополярных импульсов. В природе существует множество таких помех, например вариации магнитного поля с периодом 4-12 с и амплитудой 0,5-10 гамм индуцированные потоками воды в ветровых волнах (см. В.Н. Савченко и др. Электромагнитные вариации морского волнения. Изд. Дальневосточного университета, 1985 г. ), вариации магнитного поля, вызванные возмущениями магнитосферы Земли под действием Луны и Солнца, магнитные возмущения, вызванные грозовыми разрядами, подвижки корпуса сторожевого устройства в прибойной зоне под действием штормовых и приливных волн, а также усадки на грунте.

В качестве защитной меры для повышения помехоустойчивости сторожевые устройства доукомплектовываются каналами, реагирующими на гидроакустическое и гидродинамическое поля корабля-нарушителя. При этом срабатывание сторожевого устройства осуществляется по совокупности отработок всех трех каналов. Дополнительно применяют также циклы "Защиты" (блокировка срабатывания) при нештатной (ложной) отработке каналов. Однако и при этих мерах требования к повышению помехоустойчивости магнитного канала остаются актуальными, поскольку существует возможность ложных срабатываний сторожевого устройства от помех, особенно в прибойной зоне, одновременно воздействующих на все три канала, а при включении цикла "Защита" возможно беспрепятственное прохождение корабля-нарушителя в охраняемую зону.

Из известных магнитных каналов морских сторожевых устройств ближайшим аналогом может быть магнитный канал донных мин типа МК 62 DST-36 или МК 63 DST-40, или МК 64 DST-41, находящихся на вооружении ВМС США (см. Зарубежная военно-морская техника, 1989, N 14, с. 20-21. Современные разработки в области минного оружия), который выбран в качестве прототипа.

Прототип содержит датчик магнитного поля, анализирующее устройство и исполнительное устройства. Анализирующее устройство представляет собой импульсный фильтр, фиксирующий два разнополярных импульса, длительность, величина и суммарный интервал времени которых заранее заданы исходя из среднестатических параметров магнитной проходной характеристики корабля. Если сигнал на входе импульсного фильтра соответствует этим критериям, то на входе появится сигнал, включающий исполнительное устройство. Прототип работает следующим образом. При прохождении корабля на выходе датчика магнитного поля появляется сигнал, который создает импульс на выходе анализирующего устройства, вызывающий срабатывание исполнительного устройства.

При высокой чувствительности к полю помехоустойчивость прототипа является недостаточной. В прибойной зоне известны случаи самосрабатывания этих изделий.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости магнитного канала сторожевого устройства за счет анализа всех трех импульсов магнитной проходной характеристики корабля. Для исключения пропуска кораблей, магнитная проходная характеристика которых имеет два импульса, можно применять для контроля акватории сторожевые устройства, реагирующие на два и на три импульса сигнала.

Повышение помехоустойчивости достигается тем, что в схему анализирующего устройства по обоим полярностям импульсов сигнала добавлены селекторы амплитуды, пиковые детекторы, компараторы первого импульса, временные селекторы второго импульса, формирователи опорных напряжений. Компараторы контроля амплитуды снизу и сверху второго и третьего импульсов, временнoй селектор третьего импульса, три схемы ИЛИ, ключ тревоги и ключ блокировки. При этом входы селекторов амплитуды подключены к датчику магнитного поля. Выход селекторов амплитуды в соответствии с полярностью сигнала подключен к сигнальному входу пиковых детекторов и компараторов контроля амплитуды каждого из трех импульсов. Выход пиковых детекторов в соответствии с полярностью импульсов подключен к входу опорного напряжения компараторов первого импульса и к входу формирователей опорного напряжения компараторов контроля амплитуды второго и третьего импульсов. Выход компараторов контроля амплитуды первого импульса подключен к входу временного селектора второго импульса. Выходы формирователей опорного напряжения подключены к входам опорного напряжения компараторов контроля амплитуды второго и третьего импульсов. Выход временных селекторов второго импульса подключен к входу стробирования компараторов контроля амплитуды второго импульса. Выход компараторов контроля амплитуды снизу второго импульса через первую схему ИЛИ подключен к входу временного селектора третьего импульса. Его выход подключен к входу стробирования компараторов контроля амплитуды снизу и сверху третьего импульса. Выход компараторов контроля амплитуды снизу третьего импульса через вторую схему ИЛИ подключен к входу ключа тревоги. Выход ключа тревоги подключен к входу исполнительного устройства. Выход компараторов контроля амплитуды сверху второго и третьего импульсов, а также выход ключа тревоги через третью схему ИЛИ подключен к входу ключа блокировки. Выход ключа блокировки подключен к входу обнуления пиковых детекторов, к входу запрета запуска компараторов контроля амплитуды первого импульса и ключа тревоги.

Такое выполнение магнитного канала морского сторожевого устройства позволяет превратить его в согласованный фильтр сигнала магнитной проходной характеристики корабля.

Структурная схема предлагаемого изобретения представлена на фиг. 1, а магнитная проходная характеристика корабля с отметками отрабатывания схем селекции тракта - на фиг. 2.

Согласно структурной схеме заявляемое устройство включает в себя датчик магнитного поля 1, селекторы амплитуды 2 и 3, пиковые детекторы 4 и 5, компараторы первого импульса 6 и 7, временные селекторы второго импульса 8 и 9, формирователи опорных напряжений 10 и 11, компараторы контроля амплитуды снизу и сверху второго и третьего импульсов 12, 13, 19, 20 и 14, 15, 17, 18, временной селектор третьего импульса 16, схемы ИЛИ 21, 22, 23, ключ тревоги 24, ключ блокировки 25.

К датчику магнитного поля 1 подключены входы селекторов амплитуды 2 и 3. Выход селектора 2 подключен к входу пикового детектора 4 и к сигнальному входу компараторов 6, 14, 15, 17, 18. Выход селектора 3 подключен к входу пикового детектора 5 и к сигнальному входу компараторов 7, 12, 13, 19, 20. Выход пикового детектора 4 подключен к входу опорного напряжения компаратора 6 и к входу формирователя опорных напряжений 10. Выход пикового детектора 5 подключен к входу опорного напряжения компаратора 7 и к входу формирователя опорных напряжений 11. Выход компаратора 6 подключен к входу временного селектора 8. Выход компаратора 7 подключен к входу временного селектора 9. Выходы формирователя 10 подключены к входам опорного напряжения компараторов 12, 13, 19, 20. Выходы формирователя 11 подключены к входам опорного напряжения компараторов 14, 15, 17, 18. Выход временного селектора 8 подключен к входам стробирования компараторов 12, 13. Выход временного селектора 9 подключен к входу стробирования компараторов 14 и 15. Выходы компараторов 12, 14 через схему ИЛИ 21 подключены к входу временного селектора 16. Его выход подключен к входу стробирования компараторов 17, 18, 19, 20 и ключа тревоги 24. Выходы компараторов 17 и 19 через схему ИЛИ 22 подключены к сигнальному входу ключа тревоги 24. Его выход подключен к входу исполнительного устройства 26 магнитного канала сторожевого устройства. Выходы компараторов 13, 15, 18, 20, а также выход ключа тревоги 24 через схему ИЛИ 23 подключены к входу ключа блокировки 25. Выход ключа блокировки 25 подключен к входам обнуления пиковых детекторов 4 и 5, а также к входам блокирования компараторов 6, 7 и ключа тревоги 24.

Магнитный канал морского сторожевого устройства работает следующим образом. Датчик магнитного поля принимает сигнал трехимпульсной проходной характеристики корабля. Амплитудные селекторы выделяют из сигнала положительные и отрицательные импульсы. Пиковый детектор запоминает амплитуду первого импульса. Компаратор первого импульса срабатывает во время прохождения заднего фронта при спаде напряжения на ΔU_пор от амплитудного значения. Срабатывание компаратора вызывает запуск временного селектора второго импульса. Он формирует на входе стробирования компараторов второго импульса сигнал на разрешение срабатывания. Сигнал амплитуды первого импульса подается также на формирователь опорных напряжений для компараторов допускового контроля снизу и сверху амплитуды второго импульса.

За первым импульсом следует второй импульс противоположной полярности. Если время его прихода соответствует строб-импульсу, а амплитуда выше порога срабатывания компаратора, определяющего нижний порог, то он сработает и запустит временной селектор третьего импульса. Этот временной селектор формирует строб-импульс на входе стробирования компараторов третьего импульса. Амплитудное напряжение второго импульса запоминается вторым пиковым детектором и подается на формирователь опорных напряжений для компараторов, осуществляющих допусковый контроль снизу и сверху амплитуды третьего импульса.

После второго приходит третий импульс, полярность которого совпадает с первым. Если время прихода третьего импульса соответствует строб-импульсу, а амплитуда его выше порога срабатывания компаратора, определяющего нижний порог, то компаратор сработает и подаст разрешающий сигнал на включение ключа тревоги. Включение ключа тревоги происходит от заднего фронта строб-импульса временного селектора третьего импульса только при отсутствии срабатывания ключа блокировки от компараторов верхнего порога второго и третьего импульсов.

Срабатывание компараторов верхнего порога второго и третьего импульсов вызывает срабатывание ключа блокировки, который на время цикла блокировки подает сигнал запрета включения ключа тревоги и сигнал на обнуление пиковых детекторов.

Для приведения сторожевого устройства в исходное состояние после отработки ключа тревоги задний фронт импульса, формируемого ключом тревоги, производит запуск ключа блокировки.

Работа сторожевого устройства происходит одинаково для обоих вариантов полярности трех импульсов проходной характеристики корабля: "+", "-", "+" и "-", "+", "-". Фиг. 2 поясняет работу заявляемого устройства. При анализе магнитной проходной характеристики корабля используется временная и амплитудная селекция каждого вновь принимаемого импульса исходя из времени прихода и амплитуды предшествующего. То есть начиная с момента времени прихода первого импульса и в зависимости от величины его амплитуды задается интервал времени прихода и диапазон амплитуд для второго импульса. После фиксации прихода второго импульса аналогично задается интервал времени прихода и диапазон амплитуд для третьего импульса. Фиксация всех трех импульсов оценивается как сигнал от корабля-нарушителя.

В заявляемом устройстве используется возможность улучшить помехоустойчивость магнитного канала сторожевого устройства за счет более полной обработки сигнала вертикальной составляющей H магнитной проходной характеристики корабля, которая имеет трехимпульсный характер. Полярности первого и третьего импульсов совпадают. Полярность второго импульса - противоположная.

Трехимпульсный характер магнитной проходной характеристики обусловлен следующими причинами. B результате воздействия множества факторов корабль имеет намагниченность, и его можно представить в виде магнитного диполя. В отсутствиe корабля на датчик магнитного поля сторожевого устройства воздействует магнитное поле Земли. При прохождении корабля на датчик воздействует векторная сумма магнитных полей корабля и Земли. При этом в зависимости от ориентации вектора намагниченности корабля его приближение к сторожевому устройству вызывает на датчике магнитного поля увеличение (уменьшение) напряженности магнитного поля (1-й импульс). При прохождении кораблем траверза по отношении к сторожевому устройству произойдет из-за смены полюсов диполя уменьшение (увеличение) напряженности магнитного поля на датчике (2-й импульс). После прохождения кораблем траверза напряженность магнитного поля на датчике увеличится (уменьшится) и будет стремиться к напряженности магнитного поля Земли (3-й импульс).

Таким образом, повышение помехоустойчивости в заявляемом устройстве достигается за счет согласованной фильтрации принимаемого сигнала.

Устройство относится к морской технике и может быть использовано для контроля акваторий, закрытых для судоходства, от кораблей-нарушителей, ведущих, например, незаконный лов рыбы. Технический результат - повышение помехоустойчивости. Канал содержит датчик магнитного поля, анализирующее и исполнительное устройствa. В анализирующее устройство по обеим полярностям импульсов сигнала введены селекторы амплитуды, пиковые детекторы, компараторы первого импульса, временные селекторы второго импульса, формирователи опорных напряжений, компараторы контроля амплитуды снизу и сверху второго и третьего импульсов, временной селектор третьего импульса, три схемы ИЛИ, ключ тревоги и ключ блокировки. Вход селекторов амплитуды подключен к датчику магнитного поля. Выход селекторов амплитуды в соответствии с полярностью сигнала подключен к сигнальному входу пиковых детекторов и компараторов контроля амплитуды каждого из трех импульсов. Выход пиковых детекторов в соответствии с полярностью импульсов подключен к входу опорного напряжения компараторов первого импульса и к входу формирователей опорного напряжения компараторов контроля амплитуды второго и третьего импульсов. Выход компараторов контроля амплитуды первого импульса подключен к входу временного селектора второго импульса. Выходы формирователей опорного напряжения подключены к входам опорного напряжения компараторов контроля амплитуды второго и третьего импульсов. Выход временных селекторов второго импульса подключен к входу стробирования компараторов контроля амплитуды второго импульса. Выход компараторов контроля амплитуды снизу второго импульса через первую схему ИЛИ подключен к входу временного селектора третьего импульса. Его выход подключен к входу стробирования компараторов контроля амплитуды снизу и сверху третьего импульса. Выход компараторов контроля амплитуды снизу третьего импульса через вторую схему ИЛИ подключен к входу ключа тревоги. Выход ключа тревоги подключен к входу исполнительного устройства. Выход компараторов контроля амплитуды сверху второго и третьего импульсов, а также выход ключа тревоги через третью схему ИЛИ подключен к входу ключа блокировки. Выход ключа блокировки подключен к входу обнуления пиковых детекторов, к входу запрета запуска компараторов контроля амплитуды первого импульса и ключа тревоги. 2 ил.

Магнитный канал морского сторожевого устройства, содержащий датчик магнитного поля, анализирующее и исполнительное устройства, отличающийся тем, что в анализирующее устройство, по обеим полярностям импульсов сигнала, введены первый и второй селекторы амплитуды, пиковые детекторы, компараторы первого импульса, временные селекторы второго импульса, формирователи опорных напряжений, компараторы контроля амплитуды снизу и сверху второго и третьего импульсов, временной селектор третьего импульса, три схемы ИЛИ, ключ тревоги и ключ блокировки, при этом выход первого селектора амплитуды подключен к сигнальным входам пикового детектора и компараторов контроля амплитуды каждого из трех импульсов одной полярности, выход второго селектора амплитуды подключен к сигнальным входам пикового детектора и компараторов контроля амплитуды каждого из трех импульсов другой полярности, выходы пиковых детекторов, в соответствии с полярностью импульсов, подключены к входу опорного напряжения компараторов первого импульса и к входу формирователей опорного напряжения компараторов контроля амплитуды второго и третьего импульсов, выходы компараторов контроля амплитуды первого импульса подключены к входам временных селекторов второго импульса, выходы формирователей опорного напряжения подключены к входам опорного напряжения компараторов контроля амплитуды второго и третьего импульсов, выходы временных селекторов второго импульса подключены в входам стробирования компараторов контроля амплитуды второго импульса, выходы компараторов контроля амплитуды снизу второго импульса через первую схему ИЛИ подключены к входу временного селектора третьего импульса, его выход подключен к входу стробирования компараторов контроля амплитуды снизу и сверху третьего импульса и к входу запуска ключа тревоги, выходы компараторов контроля амплитуды снизу третьего импульса через вторую схему ИЛИ подключены к входу разрешения включения ключа тревоги, выход ключа тревоги подключен к входу исполнительного устройства, выходы компараторов контроля амплитуды сверху второго и третьего импульсов, а также выход ключа тревоги через третью схему ИЛИ подключены к входу ключа блокировки, выход ключа блокировки подключен к входам обнуления пиковых детекторов, к входам запрета запуска компараторов контроля амплитуды первого импульса и ключа тревоги.