СПОСОБ СИНХРОНИЗАЦИИ КОРАБЕЛЬНЫХ ГИДРОЛОКАТОРОВ Российский патент 2004 года по МПК H04B15/00 

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к радиотехнике и гидролокации и касается методов устранения взаимных помех при одновременной работе однотипных гидроакустических станций (ГАС) в корабельной группе.

Уровень техники
Управление временными параметрами излучения гидролокаторов является практически единственным приемлемым методом решения такой актуальной проблемы, как обеспечение совместной работы ГАС в группе кораблей. Действительно, частотное разнесение излучающих станций по эталонам неэффективно, так как в реальных станциях девиация частоты частотно-модулированного сигнала превышает частотное отстояние между эталонами. Снижение мощности излучения и введение пространственных ограничений (секторного режима работы и пр.) значительно снижают поисковую производительность, т.е. обесценивают поисковые усилия корабельной группы с точки зрения достижения конечной цели совместного использования ГАС. Применение сложных ортогональных сигналов не улучшает помеховой обстановки в группе, так как они неэффективны при помехах блокирующего типа, приводящих к перегрузке входных трактов (а именно такие помехи вызывают сигналы соседних гидролокаторов). Из всех возможных способов управления временными параметрами излучения наиболее перспективной представляется синхронизация моментов излучения ГАС корабельной группы.

Известны способы синхронизации радиолокационных и гидроакустических станций, предназначенные для снижения уровня взаимных помех при совместном использовании таких средств, а также устройства для их реализации. Сущность синхронизации радиоэлектронных средств (РЭС) в тактической группе состоит в организации такой работы, когда на экране индикатора каждой станции отметка от зондирующего импульса соседнего РЭС совпадает с моментом излучения РЭС своего корабля либо смещается в зону помех от местных объектов и тем самым не затрудняет оператору наблюдение за обстановкой. Если синхронизация отсутствует, то излучение РЭС происходит в случайные моменты времени, и на экранах индикаторов всех РЭС наблюдается хаотический или квазистационарный поток взаимных помех.

Известен способ синхронизации радиолокационных станций (РЛС) (Справочник по радиолокации, под редакцией М. Сколника, т. 2, стр. 383, М.: Сов. радио, 1979 г.), при котором частоту повторения импульсов ведомых РЛС устанавливают равной частоте повторения ведущей РЛС (это существенный признак заявляемого способа), а синхронизирующий сигнал передают по коаксиальным или телефонным линиям связи.

В другом способе синхронизации (Построение судового оборудования, под редакцией В.И. Винокурова, Л.: Судостроение, 1982 г.) синхронную работу РЭС устанавливают и поддерживают путем периодического согласования временных шкал опорного и ведомых формирователей сигналов синхронизации, при этом сигналы синхронизации передают по радиоканалу (это существенный признак заявляемого способа).

Из известных способов наиболее близким к заявляемому является выбранный в качестве прототипа способ синхронизации однотипных РЛС (Электромагнитная совместимость радиоэлектронных средств и систем, под редакцией Н.М. Царькова, М.: Радио и связь, 1985), который имеет следующие признаки, совпадающие с существенными признаками заявляемого способа: период следования зондирующих сигналов ведомых станций подстраивают под период зондирования ведущей станции, для чего используют импульсы запуска ведущей станции, а на ведомые станции по радиолинии передают синхронизирующие сигналы, при поступлении которых на ведомую станцию с нее излучают зондирующие импульсы, при этом время запаздывания сигнала в среде распространения рассчитывают по формуле

где t - время запаздывания, сек;
Д - расстояние между станциями, м;
С - скорость распространения сигнала в среде, м/сек.

Принципиальный недостаток способа-прототипа заключается в устранении помех ведомой РЛС от излучения только той РЛС, которая выбрана в качестве ведущей; мешающие сигналы от других РЛС группы на индикаторе ведомой станции не подавляются.

Второй недостаток способа-прототипа состоит в принципиальной невозможности устранить помехи от излучения ведомых станций на индикаторе ведущей станции.

В результате при использовании этого способа после установления синхронизации импульсы взаимных помех однотипных РЛС группируются в "сгусток", находящийся на индикаторе каждой РЛС в начале развертки по дальности на участке, соответствующем расстояниям между РЛС в данной группировке. Так как расстояния между РЛС значительно меньше дальности их действия, то основная часть шкалы дистанции остается свободной от помех. Поэтому указанные недостатки способа-прототипа не являются существенными для РЛС.

Ограничение применения способа-прототипа для корабельных гидролокаторов состоит в том, что из-за небольшой скорости распространения звука в водной среде (по сравнению со скоростью распространения электромагнитных волн в воздухе) аналогичный пораженный взаимными помехами участок, соответствующий расстояниям между ГАС, будет перекрывать шкалу дистанции ГАС. Если для РЛС дальность действия значительно превосходит расстояние между носителями в корабельной группе, то дальность действия ГАС соизмерима с расстоянием между носителями.

Таким образом, для использования способа-прототипа для корабельных гидролокаторов в него должны быть внесены изменения.

Сущность изобретения
Целью предлагаемого способа является устранение взаимных помех как на индикаторе ведомой станции от излучения других ведомых станций, так и на индикаторе ведущей станции от излучения всех ведомых станций при одновременной работе гидролокаторов корабельной группы.

Поставленная цель достигается тем, что по известным дистанциям между носителями ГАС на флагманском корабле группы вычисляют время прохождения зондирующего сигнала до ведомых ГАС, которое используют при формировании расписания излучения ГАС. Цифровые коды рассчитанных моментов излучения по штатной радиолинии передают на остальные корабли группы, где с наступлением этих моментов ведомые ГАС излучают свои посылки. Этим обеспечивают отсутствие помех от ведущей ГАС на индикаторах ведомых ГАС. Для исключения помех от ведомых ГАС на индикаторе ведущей ГАС период излучения ведущей ГАС выбирают так, чтобы на интервале удвоенной длительности времени прохождения зондирующего сигнала от ведущей до ведомых ГАС укладывалось четыре периода излучения.

В соответствии с требованиями тактического руководства и с целью достижения максимальной поисковой производительности корабли поисковой группы обычно разводят на дистанцию, вдвое превышающую дальность действия ГАС в конкретных гидрологических условиях. Такой строй является сомкнутым, при нем водная акватория осматривается с максимальной достоверностью и обеспечивается минимальная вероятность прорыва подводной цели. Дистанция между кораблями определяется дальностью действия ГАС и поэтому является изначально заданной. Временная задержка t_з зависит от дистанции и определяется по формуле (1).

В интересах синхронизации ГАС для исключения помех ведущей ГАС от ведомых период следования зондирующих сигналов должен быть равен

где Т - период следования сигналов, сек;
t_з - время задержки, сек;
n - целое число.

Для оптимального соотношения между шкалой дистанции и дальностью действия ГАС n следует выбирать равным 4. Если n меньше 4, то дальность действия ГАС будет меньше шкалы дистанции, т.е. период следования зондирующих сигналов будет велик и часть шкалы будет просматриваться оператором впустую, так как обнаружение цели на этом участке шкалы невозможно. Величина этого просматриваемого впустую участка шкалы составляет соответственно для n=1 75%; для n=2 50%; для n=3 25% от всей шкалы дистанции.

С другой стороны, если выбрать n больше 4, то шкала дистанции, наоборот, становится меньше дальности действия ГАС, и возможности станции по обнаружению цели снижаются; если n равно 5, то величина этого исключенного из просмотра участка шкалы составит уже 25%.

Если n равно 4, то шкала дистанции равна дальности действия ГАС, т.е. создаются условия для отсутствия информационных потерь в процессе наблюдения.

Расписание излучения ГАС представляет собой последовательность кодов моментов излучения для каждой ГАС, рассчитанных с учетом вычисленного по формуле (1) времени распространения сигнала от ведущей до ведомой ГАС, вычисленного по формуле (2) периода следования зондирующих импульсов и заданного времени начала поиска.

В отличие от способа-прототипа предлагается по радиолинии передавать не сами синхронизирующие импульсы, а цифровой код момента их излучения, совпадающий с требуемым моментом излучения конкретного гидролокатора (из этих кодов и состоит расписание излучения ГАС). Это позволит устранить погрешности синхронизации, обусловленные случайным характером времени прохождения сигнала по радиолинии (вызванным случайным временем ожидания в очереди запросов на передачу). В реальных радиолиниях задержка передачи синхросигнала достигает нескольких секунд, и в способе-прототипе эта задержка неизбежно входит в качестве слагаемого в общую временную погрешность метода. В предлагаемом способе эта погрешность из-за задержки в радиолинии отсутствует, так как цифровой код передается заранее с достаточным упреждением. В заявляемом способе данная временная погрешность равна точности системы единого времени (СЕВ), которая не хуже тысячной доли секунды.

Предлагаемый способ синхронизации обладает рядом преимуществ:
- устраняются помехи на индикаторах как ведущей, так и ведомых станций;
- достигается оптимальное соотношение между периодом следования зондирующих сигналов (шкалой дистанции) и дальностью действия ГАС в конкретных гидрологических условиях;
- точно выполняются требования тактического руководства по выбору дистанции между кораблями при поиске подводной цели;
- за счет передачи по радиолинии цифрового кода момента излучения точность синхронизации повышается на несколько порядков.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Рассмотрим предлагаемый способ синхронизации на примере работы ГАС группы из трех кораблей, производящих поиск подводной цели в строю фронта (фиг. 1).

Временные соотношения при синхронизации гидролокаторов приведены на фиг. 2. Каждый импульс запуска ведущей ГАС 1 является опорным для ведомых ГАС 2 и 3, время излучения первого такого импульса совпадает с заданным временем начала поиска. На вход приемников ГАС 2 и 3 поступают по водной среде зондирующие импульсы ведущей ГАС 1 (1 на фиг.2), образуя помеху с периодом повторения, равным периоду излучения ведущей ГАС (Т на фиг.2). Для того, чтобы импульс помехи совпал с зондирующим сигналом ГАС 2 и 3 и тем самым не мешал оператору ГАС 2 и 3, необходимо зондирующий импульс ГАС 2 и 3 (2 на фиг.2) излучать в момент прихода импульса помехи от ГАС 1. Для этого синхронизирующий импульс запуска для ГАС 2 и 3 должен поступать на ГАС 2 и 3 с задержкой относительно момента излучения зондирующего импульса ГАС 1, равной времени прохождения сигнала помехи от ГАС 1 до ГАС 2 и 3 в водной среде (t на фиг.2) и вычисляемой по формуле (1).

При таких временных отношениях между излучаемыми импульсами на вход приемника ведущей ГАС 1 поступают зондирующие импульсы ведомых ГАС 2 и 3 (3 на фиг.2), образуя синхронную помеху. Задержка импульсов помехи относительно зондирующих импульсов ведущей ГАС 1 постоянна и равна 2t₃, (2t₃ на фиг.2).

Чтобы импульс помехи не мешал оператору ГАС 1, он должен совпадать по времени с очередным зондирующим сигналом ГАС 1. Таким образом, условие беспомеховой работы для ГАС 1 - это укладывание целого числа периодов следования зондирующих импульсов в промежуток времени 2t₃.

Условия работы для ГАС 2 и 3 одинаковы, так как корабли 2 и 3 находятся на одинаковой дистанции от флагманского корабля и время запаздывания зондирующего сигнала от ГАС 1 для них будет одинаково. Дистанция между кораблями в поисковом строю должна быть одинакова для однотипных ГАС в соответствии с требованиями тактического руководства.

Данный способ синхронизации допускает увеличение числа кораблей в группе при условии соблюдения одинаковой дистанции между соседними кораблями, так как помеховая картина в этом случае будет зеркальным отображением той же картины для первых трех кораблей.

Предлагаемый способ синхронизации теоретически позволяет полностью устранить взаимные помехи на индикаторах ГАС, однако практически эффективность синхронизации снижается из-за неточности удержания кораблем-носителем заданной дистанции в ордере и возможности смещения помехового пятна на рабочий участок шкалы дистанции и маскирования там полезного сигнала от цели. Для нормального закона распределения этой погрешности для корабля типа "эсминец" σ≈300 м, поэтому возможные информационные потери вследствие рыскания корабля по дистанции для типовой дальности действия ГАС среднего энергетического потенциала не превышают 4%. При этом данная погрешность не накапливается, так как дистанция в ордере задается относительно флагманского корабля, а расписание излучения формируется единым.

Для осуществления изобретения следует выполнить следующие действия:
- рассчитать время задержки сигнала в водной среде по заданной дистанции между кораблями по формуле (1);
- рассчитать период следования зондирующих сигналов по формуле (2);
- рассчитать моменты излучения гидролокаторов всех кораблей группы, т.е. сформировать единое расписание излучения;
- выставить запрос на передачу кода очередного момента излучения на конкретный корабль по радиолинии;
- излучить зондирующий сигнал корабельным гидролокатором после совпадения текущего времени с цифровым кодом момента излучения, полученным по радиолинии.

Исходными данными для производства этих расчетов являются дистанция между кораблями в поисковом строю, число кораблей в группе и заданное время начала поиска.

Условия реализации предлагаемого способа синхронизации:
- корабельные гидролокаторы включены в режим внешнего запуска;
- на кораблях имеются аппаратура радиолинии обмена данными между кораблями группы и аппаратура системы единого времени (для современных кораблей это штатная аппаратура).

Указанные действия могут быть реализованы в корабельной автоматизированной системе управления, имеющей аппаратурное сопряжение с корабельным гидролокатором и с радиолинией передачи данных.

Перечень фигур
Фиг.1 - строй фронта кораблей при выполнении поиска подводной цели;
фиг.2 - временные соотношения при синхронизации гидролокаторов.

На фиг.1 изображено типовое построение корабельной группы в строю фронта для поиска подводных объектов. На фиг.2 показано относительное положение сигналов ведущей и ведомой станции на оси времени за период зондирования.

Изобретение относится к радиотехнике и гидролокации и касается методов устранения взаимных помех при одновременной работе однотипных гидроакустических станций (ГАС) в корабельной группе. Технический результат заключается в устранении взаимных помех при одновременной работе всех ГАС корабельной группы. Технический результат достигается благодаря тому, что на ведущей станции формируют зондирующие импульсы, по которым запускают синхронизирующие сигналы и передают их по радиолинии на ведомые станции. При поступлении синхронизирующих сигналов на ведомые станции с них излучают зондирующие импульсы, период следования которых подстраивают под период следования зондирующих импульсов ведущей станции с учетом времени прохождения зондирующих импульсов в среде распространения. Ведущая станция, расположенная на флагманском корабле, является ГАС и излучает зондирующие импульсы в соответствии с единым расписанием моментов излучения ГАС всех кораблей группы. Передачу синхронизирующих сигналов по радиолинии на ведомые станции, являющиеся ГАС, осуществляют в виде цифрового кода моментов излучения ГАС, при этом период следования зондирующих импульсов ведущей ГАС рассчитывают из условия укладывания четырех периодов на интервале удвоенной длительности времени прохождения зондирующего сигнала в водной среде от ведущей до ведомой ГАС. 2 ил.

Способ синхронизации корабельных гидролокаторов, заключающийся в том, что на ведущей станции формируют зондирующие импульсы, по которым запускают синхронизирующие сигналы и передают их по радиолинии на ведомые станции, при поступлении синхронизирующих сигналов на ведомые станции с них излучают зондирующие импульсы, период следования которых подстраивают под период следования зондирующих импульсов ведущей станции с учетом времени прохождения зондирующих импульсов в среде распространения, отличающийся тем, что ведущая станция, расположенная на флагманском корабле, является гидроакустической станцией (ГАС) и излучает зондирующие импульсы в соответствии с единым расписанием моментов излучения ГАС всех кораблей группы, передачу синхронизирующих сигналов по радиолинии на ведомые станции, являющимися ГАС, осуществляют в виде цифрового кода моментов излучения ГАС, при этом период следования зондирующих импульсов ведущей ГАС рассчитывают из условия укладывания четырех периодов на интервале удвоенной длительности времени прохождения t зондирующего сигнала в водной среде от ведущей до ведомой ГАС, которое рассчитывается по формуле t=Д/С, где Д - расстояние между ГАС, м; С - скорость распространения сигнала в водной среде, м/с.