СИСТЕМА ОБНАРУЖЕНИЯ СКРЫТНОГО СЛЕЖЕНИЯ ЗА ПОДВОДНОЙ ЛОДКОЙ Российский патент 2002 года по МПК G01S15/89 G01V1/38 

Изобретение относится к гидроакустическим средствам кораблевождения, а также обнаружения и определения координат подводных объектов и может быть использовано в гидроакустических комплексах подводных лодок,
Известны шумопеленгаторные станции, предназначенные для обнаружения объектов, движущихся в воде, их классификации и определения пеленга на них за счет приема энергии шумового поля, создаваемого объектом. Находясь в составе гидроакустических комплексов подводных лодок [см. Хвощ В.Д. Тактика подводных лодок. - М.: Воениздат, 1989, стр. 229], такие шумопеленгаторные станции позволяют, не демаскируя подводную лодку, устанавливать факты скрытного слежения за ней другой подводной лодкой.

Шумопеленгаторные станции содержат приемную акустическую антенну с матрицей формирования характеристики ее направленности, полосовый фильтр, детектор и интегратор, служащий для уменьшения флюктуации постоянной составляющей помехи [см. Справочник по гидроакустике/А.П. Евтюхов, А.Е. Колесников, Е.А. Корепин и др. - Л.: Судостроение, 1988, стр. 26-30].

Основным достоинством таких гидроакустических станций являются большая дальность обнаружения объектов при высокой помехоустойчивости и высокая точность пеленгования, составляющая от десятых долей градуса до 1-2 градусов. Однако решения-аналоги имеют ряд недостатков, снижающих эффективность их использования в системах обнаружения скрытного слежения за подводной лодкой. Основным недостатком является невозможность использования такой станции на средних и больших ходах подводной лодки из-за высокого уровня собственных шумов подводной лодки, служащих помехой гидроакустической станции и одновременно являющихся сильным полезным сигналом для объекта, осуществляющего слежение за подводной лодкой. Кроме того, недостатком таких шумопеленгаторных станций является невозможность определить дистанцию до объекта слежения - весьма важной информации для принятия решения об уклонении от преследующей подводной лодки. "Провал" диаграммы направленности шумопеленгаторной станции подводной лодки на кормовых углах, где наиболее высокие помехи, создаваемые винтами лодки, также является существенным недостатком решений-аналогов, ибо именно в секторе кормовых углов наиболее вероятно нахождение следящей подводной лодки. Другим недостатком решений-аналогов является невозможность обнаружения факта слежения в наиболее вероятном случае, когда дальность действия гидроакустических средств подводной лодки, осуществляющей слежение, больше дальности действия гидроакустического комплекса подводной лодки, за которой осуществляется слежение. Такое обстоятельство, как правило, имеет место, когда за подводной лодкой с баллистическими ракетами осуществляет слежение специализированная многоцелевая подводная лодка.

Отмеченные недостатки частично устранены в гидроакустическом комплексе подводной лодки AN/BQQ-5 с гидроакустической станцией AN/BQR-15 с буксируемой протяженной антенной ТВ-16/В, работающей в пассивном режиме [Противолодочные средства иностранных флотов/В.В. Сурнин, Ю.Н. Пелевин, В.Л. Чулков, - М.: Воениздат, 1991, стр.49 - 50] - прототип.

Система обнаружения скрытного слежения за подводной лодкой, использующая решение-прототип, включает дополнительно к бортовой шумопеленгаторной станции буксируемую лодкой гибкую протяженную (шланговую) гидроакустическую антенну, содержащую малогабаритные точечные приемники, кабель-трос, соединяющий приемники с бортовой гидроакустической аппаратурой, и механизм их выставления и выбирания [Простаков А.Л. Электронный ключ к океану (Гидроакустическая техника сегодня). - Л.: Судостроение, 1986, стр. 103]. Длина кабель-троса антенны ТВ-16/В 800 м, самой антенны, размещаемой в специальном ложементе вдоль корпуса лодки, - 80 м.

Основным достоинством таких систем является простота выставления и выбирания шланговой антенны при ее малых габаритах. Так, например, для выставления антенны ТВ-16/В используется специальное гидравлическое устройство.

Вследствие "выноса" приемной антенны из лодки обеспечиваются условия для существенного увеличения отношения "сигнал-шум", и дальность действия такой системы оказывается значительно большей дальности действия бортовой шумопеленгаторной станции, а скорость хода лодки, на которой еще возможна эффективная регистрация факта слежения за лодкой, увеличивается. Поскольку шланговая антенна буксируется за кормой подводной лодки, то устраняется недостаток решений-аналогов, связанный с "провалом" диаграммы направленности их приемных антенн на кормовых курсовых углах. Однако решение-прототип не устраняет недостатков решений-аналогов, связанных с невозможностью определить дистанцию до следящей лодки, а недостатки, связанные с невозможностью работы системы на средних и больших ходах, а также с невозможностью обнаружения слежения, осуществляемого специализированными многоцелевыми подводными лодками, устраняет лишь частично. Кроме того, использование решения-прототипа накладывает ограничения на маневрирование подводной лодки и скорость ее хода.

Задачей заявленного изобретения является устранение отмеченных недостатков, а именно обеспечение возможности установления факта скрытного слежения за подводной лодкой на любых скоростях ее хода, а также обеспечение возможности определения дистанции до следящей лодки.

Технический результат достигается включением новых устройств и иной связью между ними в системе обнаружения скрытного слежения за подводной лодкой, включающей шумопеленгаторную гидроакустическую станцию с буксируемой протяженной антенной и устройство для постановки и выборки антенны, заключающихся в том, что в нее дополнительно введены устройство постановки гидроакустических буев, гидроакустические буи, содержащие последовательно соединенные блок задействования буя, источник питания, таймер, блок гидроакустической аппаратуры и гидрофонов и блок обработки сигнала, сигнальный блок, блок регулирования плавучести, блок сброса балласта, блок затопления буя, блок установки режима, блок НЕ и четыре блока И, при этом вход сигнального блока соединен с выходом блока обработки сигнала через первый блок И, второй вход которого соединен с выходом блока питания через второй блок И, третий блок И, блок сброса балласта и блок НЕ, вход блока НЕ соединен с выходом второго блока И через четвертый блок И и блок затопления буя, второй вход четвертого блока И соединен с первым выходом блока установки режима, второй выход которого соединен со вторым входом третьего блока И, вход блока регулировки плавучести соединен с выходом источника питания, второй вход второго блока И соединен с вторым выходом таймера, вход блока задействования буя соединен с выходом устройства постановки буев, причем первая уставка таймера, формирующая сигнал на его первом выходе, выбрана из соотношения
τ₁>R/V,
где τ₁ - значение первой уставки таймера, с,
R - радиус реагирования буя на шумы собственной лодки, м,
V - скорость хода лодки, м/с,
а вторая уставка таймера, формирующая сигнал на его втором выходе, выбрана из соотношения
τ₁<τ₂>R_б/V,
где τ₂ -2 - значение второй уставки таймера, с,
R_б - радиус реагирования гидроакустической станции лодки на сигнал, формируемый сигнальным блоком буя, м,
при этом сигнальный блок выполнен в виде пиротехнического устройства с водонестойким гидрофильным взрывчатым составом.

Идея предложенного технического решения заключается в скрытном выставлении за кормой подводной лодки, осуществляющей обнаружение скрытного слежения за ней, гидроакустических буев. Буи начинают воспринимать акустические сигналы лишь после того, как выставившая ее лодка уходит от них на расстояние, на котором она становится "не слышимой" для буя. В случае же нахождения на радиусе слышимости буя другой лодки, ведущей скрытное слежение за выставившей буи лодкой, сигнальный блок буя срабатывает, и звуковая волна, созданная взрывом пиротехнического состава, распространяется на большое расстояние и воспринимается гидроакустической станцией лодки, указывая на факт скрытного слежения, а также позволяя оценить координаты следящей лодки. Если слежения нет, то после удаления лодки от буя на расстояние, на котором гидроакустическая станция лодки уже не реагирует на срабатывание сигнального блока буя, последний затапливается или всплывает (если буй используется научениях). При этом безопасность возможного обращения с буем после удаления лодки на указанное расстояние обеспечивается разрывом цепи прохождения команды на подрыв взрывчатого состава сигнального блока, а при затоплении буя - дополнительно и растворением взрывчатого состава в воде.

Покажем существенность отличительных признаков.

Введение в систему обнаружения скрытного слежения за подводной лодкой гидроакустических буев и устройства для их постановки является новым решением. Оно обеспечивает скрытную постановку гидроакустической аппаратуры, сигнализирующей о присутствии "чужой" подводной лодки, непосредственно в воду на ходу.

Выполнение буя содержащим последовательно соединенные блок задействования буя, источник питания, таймер, блок гидроакустической аппаратуры и гидрофонов, блок обработки сигнала, а также сигнальный блок, является новым для рассматриваемых систем обнаружения решением. Оно обеспечивает возможность выявления и регистрации шумов подводной лодки на фоне шумов моря и "оповещения" об этом подводной лодки, за которой ведется слежение. При этом введение блока задействования буя с его связями с другими блоками обеспечивает безопасность обращения с ним за счет исключения возможности подачи команды на подрыв взрывчатого состава сигнального блока до выхода буя из устройства его постановки.

Введение в состав буя блока регулирования плавучести является новым для указанных систем решением. Оно обеспечивает удержание буя на оптимальной с точки зрения обнаружения шумов лодки глубине, определяемой гидрологическими условиями района плавания.

Введение таймера и выполнение его с двумя выходами, на которых формируется сигналы в соответствии с указанными соотношениями, является новым для систем обнаружения скрытного слежения за подводной лодкой решением. Оно обеспечивает исключение срабатывания буя от шумов поставившей его лодки, а также обеспечивает формирование команды на удаление буя при выходе лодки из района возможного обнаружения слежения за ней.

Введение блока установки режима, блока сброса балласта и блока затопления буя с их связями между собой и другими блоками буя является новым решением. Оно обеспечивает возможность удаления не сработавшего буя как путем его затопления (при использовании системы "по боевому"), так и путем всплытия буя на поверхность для его повторного использования (при использовании системы на учениях).

Выполнение сигнального блока в виде пиротехнического устройства с водонестойким гидрофильным взрывчатым составом является новым решением. Оно обеспечивает возможность формирования звуковой волны, распространяющейся на большое расстояние и регистрируемой на таком расстоянии гидроакустической станцией лодки, обнаруживающей слежение. При этом звуковая волна, создаваемая сигнальным блоком, может быть зарегистрирована с помощью бортовой гидроакустической антенны подводной лодки. В этом случае могут быть исключены ограничения по маневренности, накладываемые буксируемой гидроакустической антенной. Кроме того, оно обеспечивает исключение нежелательного "засорения" морского дна взрывчатыми веществами, так как водонестойкий, смачиваемый водой (гидрофильный) взрывчатый состав сигнального блока быстро разлагается и растворяется в морской воде после затопления буя.

Соединение входа сигнального блока с выходом блока обработки сигнала через первый блок И, второй вход которого соединен с выходом блока питания через второй блок И, третий блок И, блок сброса балласта и блок НЕ, является новым решением. Оно обеспечивает исключение возможности подачи команды на подрыв взрывчатого состава сигнального блока при всплытии буя, чем обеспечивается безопасность обращения с ним при подготовке его к повторному использованию.

Соединение входа блока НЕ с выходом второго блока И через четвертый блок И и блок затопления буя является новым решением. Оно обеспечивает исключение возможности подачи команды на подрыв взрывчатого состава сигнального блока при затоплении буя, чем обеспечивается снятие возможных ограничений на использование системы обнаружения скрытного слежения за подводной лодкой, связанных с возможным срабатыванием затопленного буя при маневрировании лодки с повторным заходом в район затопления буя.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом, на котором представлена схема предлагаемой системы обнаружения скрытного слежения за подводной лодкой.

Система обнаружения скрытного слежения за подводной лодкой содержит:
1 - Подводная лодка.

2 - Гидроакустическая шумопеленгаторная станция.

3 - Буксируемая протяженная антенна.

4 - Устройство для постановки и выборки антенны.

Узлы 1...4 характеризуют прототип. Дополнительно к ним в систему обнаружения скрытого слежения за подводной лодкой введены новые узлы и устройства.

5 - Устройство постановки гидроакустических буев. В качестве него может использоваться устройство, аналогичное устройству 4 для постановки и выборки буксируемой протяженной гидроакустической антенны, в котором так же гидроакустические буи "вымываются" при их постановке водой аналогичным гидравлическим устройством.

6 - Гидроакустический буй. В качестве него может использоваться буй, аналогичный бую с нейтральной плавучестью "Аутобуй" [см. Простаков А.Л. Электронный ключ к океану (Гидроакустическая техника сегодня). - Л.: Судостроение, 1986, стр. 80].

7 - Блок задействования буя. Представляет собой курковой зацеп, срабатывающий при выходе буя 6 из устройства постановки гидроакустических буев 5. Такие механизмы очень широко применяются в вооружении [см. Боевая авиационная техника: Авиационное вооружение/Д.И.Гладков, В.М.Балуев, П.А.Семенцов и др.; Под ред. Д.И. Гладкова. - М.: Воениздат,1987, стр. 155].

8 - Источник питания. В качестве него может использоваться химический источник питания (аккумулятор).

9 - Таймер. В качестве него может использоваться одно из широко применяемых в технике электронных реле времени.

10 - Блок гидроакустической аппаратуры и гидрофонов. Описание таких блоков см. [Простаков А.Л. Электронный ключ к океану. - Л.: Судостроение, 1986, стр. 78 - 80].

11 - Блок обработки сигнала. В качестве такого блока может использоваться один из многочисленных типов анализаторов спектра [см. вышеуказанный источник, стр. 79].

12 - Сигнальный блок. В качестве него может использоваться устройство, аналогичное сигнальной бомбе типа "Софар", применявшееся в качестве эффективного локационного средства для засечки координат приводнения космических аппаратов [см. Вопросы ракетной техники: 10 (178), 1969, стр. 56 - 57].

13 - Блок регулирования плавучести. Описание такого блока см. [Простаков А.Л. Электронный ключ к океану. - Л.: Судостроение, 1986, стр. 80].

14 - Блок установки режима. В качестве него может быть использован простейший командный прибор в виде коммутатора с двумя выходами, обеспечивающий два режима функционирования:
а) на первом выходе есть сигнал, на втором - нет;
б) на первом выходе нет сигнала, на втором - есть.

Описание командных приборов, работающих в ручном и автоматическом (программном) режиме, приведены, в частности, в [Боевая авиационная техника; Авиационное вооружение/Д.И.Гладков, В.М.Балуев, П.А.Семенцов и др.; Под ред. Д.И.Гладкова. - М.: Воениздат, 1987, стр. 222].

15 - Блок сброса балласта. Описание таких блоков приведено в [Простаков А.Л. Электронный ключ к океану. - Л.: Судостроение, 1986, стр. 80].

16 - Блок затопления буя. Устройство такого блока аналогично устройству блока 15. Различие состоит лишь в исполнительном механизме блока, который обеспечивает разгерметизацию буя 6.

17, 18, 19 и 20 - Соответственно первый, второй, третий и четвертый блоки И с двумя входами каждый.

21 - Блок НЕ.

Система обнаружения скрытного слежения за подводной лодкой функционирует следующим образом.

Для обнаружения слежения за подводной лодкой в решении-прототипе подводная лодка 1 осуществляет постановку буксируемой протяженной антенны 3 из устройства для постановки и выборки антенны 4. Информация о гидроакустической обстановке воспринимается антенной 4 и передастся на бортовую шумопеленгаторную гидроакустическую станцию 2, где информация обрабатывается и анализируется на предмет выявления шумов, свидетельствующих о наличии в районе плавания другой подводной лодки, осуществляющей скрытное слежение. В предлагаемом решении из устройства постановки гидроакустических буев 5 осуществляется постановка одного иди нескольких гидроакустических буев 6. Поскольку постановка осуществляется бесшумным гидравлическим способом, то процесс постановки буев 6 происходит незаметно для подводной лодки, осуществляющей скрытное слежение. Она могла бы обнаружить высталяемый буй, если бы воспользовалась своими активными гидроакустическими средствами. Однако тем самым она бы обнаружила себя. При потере жесткой связи буя 6 с устройством его постановки 5 происходит срабатывание блока задействования буя 7 и на выходе последнего появляется сигнал, который передается на вход источника питания 8. Источник питания 8 задействуется и на входах таймера 9, блока регулирования плавучести 13 и на первом входе второго блока И 18 появляются сигналы. Блок регулирования плавучести 13 осуществляется удержание буя 6 на заданной глубине, а таймер 9 начинает отрабатывать первую уставку. После истечения времени удаления лодки 1 на расстояние реагирования буя 6 на шумы выставившей его лодки 1 на первом выходе таймера 9 появляется сигнал, который передается на вход блока гидроакустической аппаратуры и гидрофонов 10. Гидроакустическая информация с выхода последнего передается на вход блока обработки сигнала 11, в котором осуществляется выделение шумов следящей за лодкой 1 другой лодки. Если таковые выявляются, то на выходе блока обработки сигнала 11 появляется сигнал, который поступает на первый вход первого блока И 17. Так как в это время таймер 9 не отработал еще вторую уставку, то на его втором выходе нет сигнала, поэтому нет и сигнала на втором входе второго блока И 18. Следовательно, нет сигналов на выходах подключенных к выходу второго блока И 18 третьего 19 и четвертого 20 блоков И, нет сигналов на выходах блоков сброса балласта 15 и затопления буя 16, следовательно, нет сигнала на соединенном с ними входе блока НЕ 21. На выходе же последнего сигнал присутствует, что определяет наличие сигнала на втором входе первого блока И 17. Поэтому в данном случае при появлении сигнала на выходе блока обработки сигнала 11 сигнал через первый блок И 17 передается на вход сигнального блока 12. Происходит срабатывание последнего, и звуковая волна. созданная взрывом взрывчатого состава, воспринимается буксируемой протяженной антенной 3 и/или бортовой акустической антенной шумопеленгаторной станции 2 (на чертеже не показана). Зафиксировав факт регистрации срабатывания сигнального блока 12 буя 6, можно отнести его к факту наличия скрытного слежения за подводной лодкой. По моменту времени регистрации данного факта и пеленгу на источник указанной звуковой волны можно оценить координаты подводной лодки, осуществляющей скрытное слежение.

Если в блоке установки режима 14 установлен режим затопления буя 6 и на первом выходе блока установки режима 14 присутствует сигнал, то при истечении времени формирования второй уставки таймера 9, когда на втором выходе последнего появляется сигнал, сигнал с выхода источника питания 8 через второй 18 и четвертый 20 блоки И поступает на вход блока затопления буя 16. Происходит затопление буя 6. На выходе блока затопления буя 16 появляется сигнал, который вызывает исчезновение сигнала на выходе блока НЕ 21. блокируя возможность подачи сигнала на вход сигнального блока 21. При затоплении буя 6 происходит и затопление сигнального блока 12, и его неводостойкий гидрофильный взрывчатый состав через определенное время теряет свои взрывчатые свойства, растворяясь в заполнившей буй 6 воде. Если же в блоке установки режима 14 задан режим всплытия буя, то сигнал с выхода источника питания 8 через второй 18 и третий 19 блоки И поступает на вход блока сброса балласта 15. Буй 6 после сброса балласта всплывает на поверхность, а на выходе блока сброса балласта 15 появляется сигнал, который вызывает исчезновение сигнала на выходе блока НЕ 21, блокируя возможность подачи сигнала на вход сигнального блока 21.

Таким образом, на основе анализа структуры и функционирования схемы предложенного технического решения можно заключить, что система обнаружения скрытного слежения за подводной лодкой, в которой реализовано данное решение, обладает преимуществами, отвечающими поставленной задаче - обеспечение возможности установления факта скрытного слежения за подводной лодкой на любых скоростях ее хода, а также обеспечение возможности определения дистанции до следящей лодки.

Изобретение относится к гидроакустическим средствам кораблевождения, может быть использовано в гидроакустических комплексах подводных лодок и позволят повысить эффективность их боевого использования, что и является достигаемым техническим результатом. Для этого в известной системе обнаружения скрытного слежения за подводной лодкой, включающей шумопеленгаторную гидроакустическую станцию с буксируемой протяженной антенной и устройство для постановки и выборки антенны, дополнительно введены устройство постановки гидроакустических буев, гидроакустические буи, содержащие последовательно соединенные блок задействования буя, блок питания, таймер, блок гидроакустической аппаратуры и гидрофонов и блок обработки сигнала, сигнальный блок, блок регулировки плавучести, блок сброса балласта, блок затопления буя, блок установки режима, блок НЕ и четыре блока И. 1 ил.

Система обнаружения скрытного слежения за подводной лодкой, включающая шумопеленгаторную гидроакустическую станцию с буксируемой протяженной антенной и устройство для постановки и выборки антенны, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены устройство постановки гидроакустических буев, гидроакустические буи, содержащие последовательно соединенные блок задействования буя, блок питания, таймер, блок гидроакустической аппаратуры и гидрофонов и блок обработки сигнала, сигнальный блок, блок регулировки плавучести, блок сброса балласта, блок затопления буя, блок установки режима, блок НЕ и четыре блока И, при этом вход сигнального блока соединен с выходом блока обработки сигнала через первый блок И, второй вход которого соединен с выходом блока питания через второй блок И, третий блок И, блок сброса балласта и блок НЕ, вход блока НЕ соединен с выходом второго блока И через четвертый блок И и блок затопления буя, второй вход четвертого блока И соединен с первым выходом блока установки режима, второй выход которого соединен с вторым входом третьего блока И, вход блока регулировки плавучести соединен с выходом блока питания, второй вход второго блока И соединен с вторым выходом таймера, вход блока задействования буя соединен с выходом устройства постановки буев, причем первая уставка таймера, формирующая сигнал на его первом выходе, выбрана из соотношения
τ₁>R/V,
где τ₁ - значение первой уставки таймера, с;
R - радиус реагирования буя на шумы собственной лодки, м;
V - скорость хода лодки, м/с,
а вторая уставка таймера, формирующая сигнал на его втором выходе, выбрана из соотношения
τ₁<τ₂>R_б/V,
где τ₂ - значение второй уставки таймера, с;
R_б - радиус реагирования гидроакустической станции лодки на сигнал, формируемый сигнальным блоком буя, м,
при этом сигнальный блок выполнен в виде пиротехнического устройства с водонестойким гидрофильным взрывчатым составом.