УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ РАССТОЯНИЯ МЕЖДУ СУДНОМ И РАДИОГИДРОАКУСТИЧЕСКИМ БУЕМ Российский патент 2001 года по МПК G01S3/00 G01S15/00 G01S15/96 

Изобретение относится к области гидроакустической техники и может быть использовано в гидроакустических системах дистанционного управления, а также в подсистемах гидроакустического телеуправления.

Устройство содержит командный и исполнительный блоки, при этом в состав командного блока входят: канал излучения гидроакустических кодированных широкополосных сигналов управления, канал приема радиосигнала и канал измерения текущей дистанции, а в состав исполнительного блока входят: канал приема гидроакустического кодированного широкополосного сигнала управления, канал исполнения сигнала управления и канал излучения радиосигнала, при этом канал излучения гидроакустических кодированных широкополосных сигналов управления командного блока содержит последовательно электрически соединенные генератор кодированных широкополосных сигналов управления, усилитель мощности и гидроакустический излучатель кодированных широкополосных сигналов управления, канал приема радиосигнала содержит последовательно электрически соединенные радиоприемную антенну и радиоприемник, а также устройство обработки ответных сигналов, канал измерения текущей дистанции содержит последовательно электрически соединенные таймер, генератор запросных сигналов, регулируемую линию задержки, формирователь строба дистанции, ключ, двоично-десятичный счетчик и индикатор текущей дистанции, при этом ко второму входу ключа подключен генератор счетных импульсов; канал приема гидроакустического кодированного широкополосного сигнала управления исполнительного блока содержит последовательно электрически соединенные гидрофон, усилитель и дешифратор кодированных широкополосных сигналов управления, являющийся выходом данного канала; канал исполнения сигнала управления, включающий в себя последовательно электрически соединенные синхронизатор и электронный ключ; канал излучения радиосигнала, включающий в себя последовательно электрически соединенные радиопередатчик и радиопередающую антенну, при этом электрическое питание усилителя, дешифратора, синхронизатора и электронного ключа осуществляется непрерывно, а радиопередатчика периодически, с помощью высокоемкостного и многократно перезаряжаемого аккумулятора.

С введением новых элементов появилась возможность существенно повысить точность контроля расстояния между судном и радиогидроакустическим буем, упростить электронную часть исполнительного блока, а также уменьшить весогабаритные характеристики и себестоимость устройства, что и является достигаемым техническим результатом.

Изобретение относится к гидроакустической технике и может быть использовано в гидроакустических системах дистанционного управления, а также в подсистемах гидроакустического телеуправления. Различные гидроакустические размыкатели входят также в состав подводных маяков систем позиционирования длительного действия, используются при организации позиционирования сложных подводных работ. Они достаточно широко применяются при строительстве на дне подводных сооружений, оборудовании буровых скважин и т.д. [1-5].

Известно устройство для отсоединения подводного изделия от якоря и визуального обозначения его местоположения на поверхности моря, содержащее последовательно механически соединенные: стержень определенного диаметра, выполненный из специального материала, разрушающегося в морской среде через заданное (определяемое диаметром стержня) время, фал и плавучесть в виде сигнального буя [1].

К недостаткам данного устройства относятся:
1. Невозможность управлять процессом всплытия сигнального буя на поверхность моря.

2. Невозможность технического контроля за местоположением сигнального буя на поверхности моря в условиях плохой видимости (туман, волнение моря и т.д.).

Известно гидроакустическое устройство для дистанционного отсоединения подводного изделия и обозначения его местоположения, содержащее: блок излучения сигналов, в котором последовательно электрически соединены генератор кодированных гармонических сигналов управления, усилитель мощности и излучатель гидроакустических сигналов; первый блок приема сигналов, в котором последовательно электрически соединены гидрофон, усилитель, дешифратор кодированных гармонических сигналов управления, электромагнитное реле, при этом электрическое питание перечисленных выше элементов осуществляется с помощью автономного источника питания, выход электромагнита (являющегося выходом блока приема сигналов) механически соединен с размыкателем, а блок приема и размыкатель выполнены в герметичном корпусе; механически соединенные блок приема сигналов, размыкатель, фал и сигнальный буй, выполненный в виде плавучести [3].

К недостаткам данного устройства относятся:
1. Низкая помехозащищенность, обусловленная использованием простых (гармонических) сигналов управления, что не исключает возможность случайного срабатывания исполнительного механизма устройства.

2. Низкая надежность устройства, не исключающая возможности "подбора" параметров сигнала управления и похищения подводного изделия.

3. Невозможность оценки координат устройства и системы в целом после их всплытия на поверхность моря.

4. Сложность в обслуживании устройства, связанная с его разгерметизацией в процессе перезарядки аккумулятора.

5. Ограниченная кратность срабатываний, обусловленная техническими возможностями аккумулятора.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту относится гидроакустическое устройство (выбранное в качестве устройства-прототипа) для дистанционного отсоединения подводного изделия и обозначения его местоположения на поверхности моря, содержащее блок излучения сигналов, в котором последовательно электрически соединены генератор кодированных широкополосных сигналов управления, усилитель мощности и излучатель гидроакустических сигналов; первый блок приема сигналов, в котором последовательно электрически соединен гидрофон, усилитель, дешифратор кодированных широкополосных сигналов управления, электромагнитное реле, при этом электрическое питание перечисленных выше элементов осуществляется с помощью высокоемкостного и многократно перезаряжаемого источника питания, выход электромагнита (являющегося выходом первого блока приема сигналов) механически соединен с размыкателем, а первый блок приема сигналов и размыкатель выполнены в герметичном корпусе; механически соединенные размыкатель, фал и сигнальный буй, обеспечивающий подъем всей системы на поверхность моря, при этом внутри сигнального буя в герметичном корпусе находится второй блок приема сигналов, содержащий последовательно электрически соединенные (однотипные с первым блоком приема сигналов) гидрофон, усилитель, дешифратор кодированных широкополосных сигналов управления, а также на последовательно электрически соединенные таймер и ключ - для включения радиопередатчика и проблескового маяка, а также аналогичный (по отношению к первому блоку приема сигналов) автономный источник питания, обеспечивающий электрическое питание перечисленных выше элементов; блоки приема радиосигналов и определения расстояния до его источника [5].

К недостаткам устройства-прототипа относятся:
1. Недостаточная точность контроля расстояния между судном и радиогидроакустическим буем.

2. Невозможность предварительной калибровки канала измерения текущей дистанции.

3. Сложность конструкции электронной части исполнительного блока. Например, применение однотипных элементов в первом и втором блоках приема сигналов.

4. Значительные весогабаритные характеристики и высокая себестоимость устройства в целом.

Задача, которая решается изобретением, заключается в разработке устройства, свободного от перечисленных выше недостатков.

Технический результат изобретения заключается в создании устройства, способного с высокой точностью контролировать расстояние между судном и радиогидроакустическим буем при упрощении конструкции устройства, уменьшении его весогабаритных характеристик и себестоимости.

Поставленная цель достигается тем, что в известном устройстве для контроля расстояния между судном и радиогидроакустическим буем, содержащем командный и исполнительный блоки, при этом в состав командного блока входят: канал излучения гидроакустических кодированных широкополосных сигналов управления, канал приема радиосигнала и канал измерения текущей дистанции, а в состав исполнительного блока входят: канал приема гидроакустического кодированного широкополосного сигнала управления, электронный ключ и канал излучения радиосигнала, при этом канал излучения гидроакустических кодированных широкополосных сигналов управления командного блока содержит последовательно электрически соединенные генератор кодированных широкополосных сигналов управления, усилитель мощности и гидроакустический излучатель кодированных широкополосных сигналов управления, канал приема радиосигнала содержит последовательно электрически соединенные радиоприемную антенну и радиоприемник, а также устройство обработки ответных сигналов, канал измерения текущей дистанции содержит последовательно электрически соединенные таймер, генератор запросных сигналов, линию задержки, формирователь строба дистанции, ключ, двоично-десятичный счетчик, индикатор текущей дистанции, при этом ко второму входу ключа подключен генератор счетных импульсов; канал приема гидроакустического кодированного широкополосного сигнала управления исполнительного блока содержит последовательно электрически соединенные гидрофон, усилитель и дешифратор кодированных широкополосных сигналов управления, являющийся выходом данного канала; канал излучения радиосигнала, включающий в себя последовательно электрически соединенные радиопередатчик и радиопередающую антенну, при этом электрическое питание усилителя, дешифратора и электронного ключа осуществляется непрерывно, а радиопередатчика периодически, с помощью высокоемкостного и многократно перезаряжаемого аккумулятора, в качестве линии задержки используется регулируемая линия задержки и дополнительно содержится синхронизатор, образующий с электронным ключом в исполнительном блоке канал исполнения сигнала управления.

Сущность изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства. Устройство содержит командный 1 и исполнительный блоки 2, при этом в состав командного блока 1 входят: канал излучения гидроакустических кодированных широкополосных сигналов управления 3, канал приема радиосигнала 4 и канал измерения текущей дистанции 5, а в состав исполнительного блока 2 входят: канал приема гидроакустического кодированного широкополосного сигнала управления 6, канал исполнения сигнала управления 7 и канал излучения радиосигнала 8, при этом канал излучения гидроакустических кодированных широкополосных сигналов управления 3 командного блока 1 содержит последовательно электрически соединенные генератор кодированных широкополосных сигналов управления 9, усилитель мощности 10 и гидроакустический излучатель 11 кодированных широкополосных сигналов управления, канал приема радиосигнала 4 содержит последовательно электрически соединены радиоприемную антенну 12 и радиоприемник 13, а также устройство 14 обработки ответных сигналов, канал измерения текущей дистанции 5 содержит последовательно электрически соединенные таймер 15, генератор запросных сигналов 16, регулируемую линию задержки 17, формирователь строба дистанции 18, ключ 19, двоично-десятичный счетчик 20, индикатор текущей дистанции 21, при этом ко второму входу ключа 19 подключен генератор счетных импульсов 22; канал приема гидроакустического кодированного широкополосного сигнала управления 6 исполнительного блока 2 содержит последовательно электрически соединенные гидрофон 23, усилитель 24 и дешифратор кодированных широкополосных сигналов управления 25, являющийся выходом данного канала; канал исполнения сигнала управления 7, включающий в себя последовательно электрически соединенные синхронизатор 26 и электронный ключ 27; канал излучения радиосигнала 8, включающий в себя последовательно электрически соединенные радиопередатчик 28 и радиопередающую антенну 29, при этом электрическое питание усилителя 24, дешифратора 25 и электронного ключа 27 осуществляется непрерывно, а радиопередатчика 28 периодически, с помощью высокоемкостного и многократно перезаряжаемого аккумулятора 30.

Устройство функционирует следующим образом (фиг. 2). В командном блоке 1 устанавливается код, соответствующий номеру выбранного исполнительного блока 2. В канале излучения гидроакустических кодированных широкополосных сигналов управления 3 командного блока 1 с помощью генератора 9 формируется кодированный широкополосный сигнал управления, который поступает на вход усилителя мощности 10 и усиливается до необходимого уровня, а затем с помощью гидроакустического излучателя 11 ненаправленно, в том числе в сторону исполнительного блока 2 излучается в водную среду.

Одновременно с этим генератор 9 кодированных широкополосных сигналов управления запускает таймер 15 канала измерения текущей дистанции 5, а последний управляет работой генератора 16 запросных сигналов. Данные сигналы в усилителе мощности 10 усиливаются до необходимого уровня и с помощью гидроакустического излучателя 11 канала 3 излучения гидроакустических кодированных широкополосных сигналов управления периодически излучается в водную среду. При этом период следования сигналов запроса определяет темп получения данных о текущей дистанции до исполнительного блока.

В канале 6 приема гидроакустических кодированных широкополосных сигналов управления исполнительного блока 2 с помощью гидрофона 23 осуществляется прием данного сигнала, в усилителе 24 производится усиление кодированного широкополосного сигнала управления до заданного уровня, а в дешифраторе 25 проверяется его соответствие установленному коду. В случае соответствия кодовой группы сигнала установленному коду дешифратор 25 запускает синхронизатор 26, который с помощью электронного ключа 27 канала 7 исполнения сигнала управления периодически подключает высокоемкостной и многократно перезаряжаемый аккумулятор 30 к радиопередатчику 28. Период и временная диаграмма подключений соответствуют темпу запросов на обновление данных о текущем значении дистанции. При этом основной функцией синхронизатора 26 является включение радиопередатчика 28 на некоторый временной интервал раньше, чем поступит очередной запросный сигнал, ретранслируемый по радиоканалу. Величина этого интервала определяется временем установления переходных процессов в системе "радиопередатчик-радиоприемник". Синхронизация осуществляется автоматически каждым очередным запросным сигналом.

Измерение текущей дистанции осуществляется с помощью формирователя строба дистанции. На его первый (запускающий) вход с выхода регулируемой линии задержки 17 одновременно с началом излучения в водную среду гидроакустического кодированного широкополосного сигнала управления поступает сигнал запроса. Ответный сигнал исполнительного блока 2, имеющий задержку на время распространения звуковой волны, переизлученный по радиоканалу, принятый радиоприемной антенной 12 и радиоприемником 13, а также прошедший через устройство обработки ответных сигналов 14 канала приема радиосигнала 4, подается на второй (останавливающий) вход формирователя строба дистанции 18. Таким образом формируется импульс (строб) с длительностью, пропорциональной текущей дистанции от гидроакустического излучателя 11 командного блока 1 до радиопередающей антенны 29 исполнительного блока 2 данного устройства (фиг. 2,б).

В связи с неизбежными задержками, возникающими при прохождении сигнала по фильтрующим цепям и пороговым схемам, накапливается систематическая ошибка в определении текущей дистанции. Для ее ликвидации используется узел, функционально представляющий собой регулируемую линию задержки 17. Кроме того, ее использование в канале измерения текущей дистанции 5 позволяет осуществлять его предварительную калибровку, когда на фиксированном значении дистанции между командным 1 и исполнительным 2 "подстраивается" длительность строба дистанции и "компенсируется" систематическая приборная ошибка.

Пересчет длительности строба в значение текущей дистанции осуществляется при помощи генератора 22 счетных импульсов, частота следования которых задается численно равной скорости звука в морской среде. Последовательность счетных импульсов через ключ 19, замыкаемый на время длительности строба, подается на вход двоично-десятичного счетчика 20. При этом результат счета, являющийся значением текущей дистанции, отображается на индикаторе 21 текущей дистанции.

В случае пропуска нескольких запросных сигналов (окончание работы) синхронизатор 26 возвращает исполнительный блок 2 в дежурный (микромощный) режим и подключение радиопередатчика 28 к аккумулятору 30 прекращается.

На фиг. 2, а представлена схема проведения испытаний устройства для контроля расстояния между судном и радиогидроакустическим буем. Испытания проводились в 1998 и 1999 годах в заливе Петра Великого (Японское море) при волнении моря до 3...4 баллов и температуре воды от 3 до 21^oC. При этом были получены следующие основные результаты:
- дистанция, на которой срабатывает исполнительный блок, находилась в пределах 5. . . 7 км (в зависимости от помехосигнальных и гидролого-акустических условий);
- для срабатывания исполнительного блока требовалось излучить одну - две последовательности гидроакустических кодированных широкополосных сигналов управления.

Примечание: параметры гидроакустических кодированных широкополосных сигналов управления раскрываться не будут, так как работы в этом направлении еще продолжаются.

Сопоставительный анализ с устройством-прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых признаков:
- дополнительно содержит синхронизатор, образующий с используемым в устройстве-прототипе электронным ключом канал исполнения сигнала управления;
- в качестве линии задержки используется регулируемая линия задержки.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Анализ известных аналогичных технических решений с целью обнаружения в них указанных отличительных признаков показал следующее.

В радиотехнике и гидроакустике широко известно использование синхронизатора и регулируемой линии задержки, а также других элементов, входящих в конструкцию устройства.

Однако неизвестно использование регулируемой линии задержки в радиогидроакустических буях и, в частности, для ликвидации накапливающейся систематической ошибки по определению дистанции между судном и радиогидроакустическим буем, а также для предварительной калибровки канала измерения текущей дистанции.

Неизвестно также использование в радиогидроакустических буях синхронизатора, включающего радиопередатчик буя на некоторый временной интервал раньше, чем поступит очередной запросный сигнал, ретранслируемый по радиоканалу.

Таким образом, наличие "новых существенных признаков" в совокупности с хорошо известными обеспечивает появление у заявляемого решения нового свойства, не совпадающего со свойствами известных технических решений, - с высокой точностью контролировать расстояние между судном и радиогидроакустическим буем, что позволяет сделать вывод о том, что заявляемое устройство имеет изобретательский уровень. При этом:
- увеличение точности определения расстояния между судном и радиогидроакустическим буем достигается за счет включения в конструкцию устройства синхронизатора и регулируемой линии задержки;
- увеличение точности определения расстояния достигается также за счет предварительной калибровки канала измерения текущей дистанции, осуществляемой с помощью узла, функционально представляющего собой регулируемую линию задержки;
- упрощение электронной части устройства достигается за счет исключения однотипных элементов в исполнительном блоке;
- уменьшение весогабаритных характеристик и себестоимости устройства достигается за счет исключения однотипных элементов в исполнительном блоке.

Литература
1. Боровиков П. Н., Самарский В.Н. Подводная техника морских нефтепромыслов. - Л.: Судостроение, 1984.

2. Вишняков В.А., Меренов И.В. Глубоководная водолазная техника. - Л.: Судостроение, 1982.

З. Коробов А. А., Левин B.C., Лукочиков А.В. и др. - Л.: Судостроение, 1980, с. 20.

4. Проблемы исследования и освоения Мирового океана. - Л.: Судостроение, 1979.

5. Бахарев С.А., Шор Ю.Л. Патент N 2122350, RU, C1, 31.12.97.

Изобретение относится к гидроакустической технике и может быть использовано в гидроакустических системах дистанционного управления, а также в подсистемах гидроакустического телеуправления. Устройство содержит командный и исполнительный блоки, при этом в состав командного блока входят канал излучения гидроакустических кодированных широкополосных сигналов управления, канал приема радиосигнала и канал измерения текущей дистанции, а в состав исполнительного блока входят канал приема гидроакустического кодированного широкополосного сигнала управления, канал исполнения сигнала управления и канал излучения радиосигнала, при этом канал излучения гидроакустических кодированных широкополосных сигналов управления командного блока содержит последовательно электрически соединенные генератор кодированных широкополосных сигналов управления, усилитель мощности и гидроакустический излучатель кодированных широкополосных сигналов управления, канал приема радиосигнала содержит последовательно электрически соединенные радиоприемную антенну и радиоприемник, а также устройство обработки ответных сигналов, канал измерения текущей дистанции содержит последовательно электрически соединенные таймер, генератор запросных сигналов, регулируемую линию задержки, формирователь строба дистанции, ключ, двоично-десятичный счетчик и индикатор текущей дистанции, при этом ко второму входу ключа подключен генератор счетных импульсов; канал приема гидроакустического кодированного широкополосного сигнала управления исполнительного блока содержит последовательно электрически соединенные гидрофон, усилитель и дешифратор кодированных широкополосных сигналов управления, являющийся выходом данного канала; канал исполнения сигнала управления, включающий в себя последовательно электрически соединенные синхронизатор и электронный ключ; канал излучения радиосигнала, включающий в себя последовательно электрически соединенные радиопередатчик и радиопередающую антенну, при этом электрическое питание усилителя, дешифратора, синхронизатора и электронного ключа осуществляется непрерывно, а радиопередатчика периодически, с помощью высокоемкостного и многократно перезаряжаемого аккумулятора. Достигаемым техническим результатом является контроль расстояния между судном и радиогидроакустическим буем с высокой точностью при упрощении конструкции. 2 ил.

Устройство для контроля расстояния между судном и радиогидроакустическим буем, содержащее командный и исполнительный блоки, при этом в состав командного блока входят канал излучения гидроакустических кодированных широкополосных сигналов управления, канал приема радиосигнала и канал измерения текущей дистанции, а в состав исполнительного блока входят канал приема гидроакустического кодированного широкополосного сигнала управления, электронный ключ и канал излучения радиосигнала, при этом канал излучения гидроакустических кодированных широкополосных сигналов управления командного блока содержит последовательно электрически соединенные генератор кодированных широкополосных сигналов управления, усилитель мощности и гидроакустический излучатель кодированных широкополосных сигналов управления, генератор кодированных широкополосных сигналов управления запускает таймер канала измерения текущей дистанции, канал приема радиосигнала содержит последовательно электрически соединенные радиоприемную антенну и радиоприемник, а также устройство обработки ответных сигналов, ответный сигнал исполнительного блока, принятый радиоприемной антенной и радиоприемником, прошедший через устройство обработки ответных сигналов канала приема радиосигнала, подается на второй вход формирователя строба дистанции, канал измерения текущей дистанции содержит последовательно электрически соединенные таймер, генератор запросных сигналов, линию задержки, формирователь строба дистанции, ключ, двоично-десятичный счетчик, индикатор текущей дистанции, при этом ко второму входу ключа подключен генератор счетных импульсов, канал приема гидроакустического кодированного широкополосного сигнала управления исполнительного блока содержит последовательно электрически соединенные гидрофон, усилитель и дешифратор кодированных широкополосных сигналов управления, являющийся выходом данного канала, канал излучения радиосигнала, включающий в себя последовательно электрически соединенные радиопередатчик и радиопередающую антенну, при этом электрическое питание усилителя, дешифратора и электронного ключа осуществляется непрерывно, а радиопередатчика периодически, с помощью высокоемкостного и многократно перезаряжаемого аккумулятора, отличающееся тем, что в качестве линии задержки используется регулируемая линия задержки, дешифратор кодированных широкополосных сигналов запускает синхронизатор, который с помощью электронного ключа исполнительного блока периодически подключает высокоемкостный и многократно перезаряжаемый аккумулятор к радиопередатчику, при этом синхронизатор образует с электронным ключом исполнительного блока канал исполнения сигнала управления в исполнительном блоке.