АКУСТИЧЕСКИЙ ПЕЛЕНГАТОР Российский патент 2006 года по МПК G01S3/00 

Изобретение относится к звукометрическим станциям (звукометрическим комплексам) и может быть использовано для определения удаления источника звука (ИЗ), (источника акустического сигнала (АС)) от пеленгатора и топографических координат этого ИЗ.

В современной звукометрии имеются разные акустические пеленгаторы (базные пункты), позволяющие определять пеленги ИЗ (углы между известным направлением, например равносигнальным (РСН), и направлением: точка пересечения ЛГ (акустический пеленгатор (АП)) - источник AC [1...4], но они не позволяют определять дальность до ИЗ. В работах [5...8] описаны звукометрические комплексы, определяющие дальности до ИЗ и топографические координаты (ТК) этих источников АС с использованием 2(3) АП, разнесенных на некоторое расстояние друг от друга (геометрическую базу), ТК которых известны. Дальность до ИЗ от одного из пеленгаторов рассчитывается на основе соотношений в косоугольном треугольнике, а затем вычисляются ТК этого ИЗ. Недостатками этих комплексов являются низкая помехозащищенность (АС и помехи принимаются из большого сектора, примерно равного 120°), низкая пропускная способность (3...5 целей в минуту), невозможность пеленгования источников непрерывных АС (в нем используется фазовый способ определения пеленгов, «принцип разности времен»). В [9 с.17-19] описан АП, лишенный вышеназванных недостатков, но и он не позволяет определять дальности до ИЗ и ТК этих источников.

Наиболее близким техническим решением к заявленному АП является пеленгатор, описанный в [10], использующий равносигнальный способ определения пеленгов ИЗ с разностной обработкой сигнала, который возьмем в качестве прототипа.

В нем эта дальность определяется путем решения следующего трансцендентного уравнения:

где D - удаление ИЗ от пеленгатора (дальность до ИЗ);

β₁,β₂,β₃ - коэффициенты затухания звука на частотах f, 2f, 3f соответственно в неп/м;

P₁, Р₂, Р₃ - амплитуды звуковых давлений АС на входе пеленгатора на вышеуказанных частотах, которые пропорциональны соответствующим амплитудам напряжений, принимаемых АС и измеряемых на выходах соответствующих каналов обработки сигнала (КОС).

Как видно из этого аналитического выражения (АВ), недостатками этих пеленгаторов являются следующие:

1. Измерение вышеуказанной дальности можно производить лишь в однородной среде с постоянными параметрами, что можно отнести, например, к водной среде.

2. Не учитываются параметры приземного слоя атмосферы (температура, относительная влажность, коэффициенты теплопроводности, адиабаты,), что снижает точность измерения дальности до ИЗ.

3. Не учитывается влияние отражения от поверхности земли и ослабление звука лесными массивами, лесополосами, что также будет снижать точность измерения этой дальности.

4. Измерение амплитуд напряжений на выходах каналов обработки сигналов (КОС) производится на трех гармониках акустического спектра сигнала, рассматриваемая дальность не определяется сразу, а ее можно найти лишь методом последовательных приближений (каким можно решить трансцендентное уравнение), что увеличивает время обработки этого сигнала.

5. Не обеспечивается определение местоположения ИЗ, т.е. его ТК.

Задачами изобретения являются измерение удалений ИЗ (находящихся на поверхности земли, воды, над этими поверхностями) от акустических пеленгаторов; сокращение времени измерений и определение местоположения ИЗ.

Техническим результатом, достигаемым в результате решения поставленной задачи, является определение ТК ИЗ, уменьшение систематических и случайных ошибок измерения этих координат; повышение их пропускной способности и помехозащиты.

Для достижения указанного технического результата в акустическом пеленгаторе, включающем две линейные группы (ЛГ) звукоприемников (ЗП), соединенных с соответствующим входами цепочки из 3 параллельно включенных каналов обработки сигналов (КОС), каждая цепочка включает в себя последовательно включенные между собой резонансные усилители (РУ) (их 20 в каждом КОС), сумматоры напряжений, амплитудные детекторы, аналого-цифровые преобразователи и регистры, выходы которых соединены с элетронно-вычислительной машиной (ЭВМ). Кроме того в него дополнительно введена цепь из последовательно соединенных между собой РУ (их 4) и устройства формирования импульсов (их также 4), выходы которых соединены с ЭВМ, а вход 1 РУ соединен с выходом 1 ЗП, вход 2 РУ - с выходом 20 ЗП, вход 3 РУ - с выходом 21 ЗП и вход 4 РУ соединен с выходом 40 ЗП. Еще в него дополнительно введены 2 цепи, состоящие из последовательно соединенных между собой ЗП, триггеров Шмитта и одновибраторов. Причем в 1 цепи ЗП называется фронтальным, который располагается на перпендикуляре, проведенном через точку пересечения 1 и 2 ЛГ к линии, соединяющей 20 и 40 ЗП, сзади на 150 м. Выход одновибратора этой цепи подключен к 1 основному и 1 управляющему входам коммутаторов всех РУ КОС. В другой цепи ЗП называется тыловым, который располагается также на этом перпендикуляре на удалении 150 м от фронтового в сторону тыла. Одновибратор этой цепи имеет 2 выхода, один из которых подключен к 2 основному входу коммутаторов всех РУ КОС, а 2 выход - ко 2 управляющему входу коммутаторов всех РУ КОС.

Такое расположение этих 2 ЗП и подключение одновибраторов обеспечивает пеленгование только источников АС, находящихся в рабочем секторе, что повышает помехозащиту.

Заявляемый способ иллюстрируется следующими графическими материалами:

Фиг.1 - нормированная характеристика направленности 1 и 2 линейных групп звукоприемников акустического пеленгатора при приеме акустического сигнала на частоте f;

фиг.2 - нормированные характеристики направленности 1 и 2 линейных групп звукоприемников акустического пеленгатора при приеме акустического сигнала на частотах f и f₁;

фиг.3 - нормированная характеристика направленности 1 и 2 линейных групп звукоприемников акустического пеленгатора при приеме акустического сигнала на частоте f₁;

фиг.4 - электрическая структурная схема устройства, реализующего заявляемый способ;

фиг.5 - схема ведения звуковой разведки;

фиг.6 - нормированные характеристики направленности 1 и 2 линейных групп звукоприемников акустического пеленгатора в случае использования ненаправленных ЗП в декартовой системе координат;

фиг.7 - схема экранирования звука преградами (холмами, горами);

фиг.8 - схема ведения звуковой разведки в северо-восточном направлении;

фиг.9 - схема ведения звуковой разведки в северо-западном направлении;

фиг.10 - схема ведения звуковой разведки в юго-западном направлении;

фиг.11 - схема ведения звуковой разведки в юго-восточном направлении;

фиг.12 - нормированные характеристики направленности звукоприемников 41 и 42 в декартовой системе координат;

фиг.13 - нормированные характеристики направленности звукоприемников 41 и 42 в полярной системе координат;

фиг.14 - схема расположения звукоприемников;

фиг.15 - устройства формирования импульсов. Схема электрическая структурная;

фиг.16 - устройства управления работой резонансных усилителей. Схема электрическая структурная;

фиг.17 - графики напряжений, поясняющие работу устройства управления резонансных усилителей при приеме акустического сигнала с фронта; фиг.18 - графики напряжений, поясняющие работу устройства управления резонансных усилителей при приеме акустического сигнала с тыла.

НХН 1 и 2 ЛГ ЗП в пеленгаторе, реализующем предлагаемый способ измерения дальности до ИЗ, на частоте f описываются такими АВ: R₁*(Θ)=R₂*(Θ)=R(Θ)=R_ЗП |[sin(nksinΘ)]/[nsin(ksinΘ)]| (см. фиг.1, 2 сплошная кривая), [13, с.214, АВ (VI. 49) и (VI. 50) с.198],

где R_ЗП - НХН каждого из ЗП, входящих в ЛГ (при ненаправленных ЗП R_ЗП=1[12, с.97, 98]);

n - число ЗП в каждой из ЛГ; k=πd/λ=πdf/C_W;

Θ - угол в горизонтальной плоскости между направлением: ЗВП - источник акустического сигнала и произвольным направлением; C_W≈C±wcosϕ - скорость распространения звуковой волны с учетом влияния ветра [5, АВ (14)];

Знак «+» берется, когда ветер попутный направлению распространения звука, а знак «-» - когда ветер противоположный направлению распространения звука;

t - температура воздуха в приземном слое атмосферы;

w - скорость ветра в этом слое атмосферы;

ϕ - острый угол между вектором скорости ветра и направлением: источник AC - акустический пеленгатор;

С₀=331,5 [5, АВ (11)].

НХН, приведенные на фиг.1, 2 (сплошная кривая), рассчитаны при таких исходных данных (ИД): n=20; d=10 м; f=20 Гц; t=5°С; W=5 м/с; ϕ=0 рад.

НХН 1 и 2 ЛГ ЗП в пеленгаторе, реализующем предлагаемый способ измерения дальности до ИС на частоте f₁, описываются такими АВ:

(см. фиг.2 пунктирную кривую и фиг.3), [13, с.214, АВ (VI. 49) и (VI. 50) с.198],

где k¹=πd/λ₁=πd/f₁/C_W.

HXH, приведенные на фиг.3 и 2 (пунктирная кривая) - при вышеуказанных ИД, но f₁=30 Гц.

На фиг.2 (для сравнения ширины HXH на уровне 0,5) эти HXH изображены вместе. Из HXH, изображенных на фиг.1...3, видно, что ширина HXH на уровне 0,5 с увеличением частоты гармоники принимаемого АС уменьшается.

В предлагаемом АП автоматически измеряются в один и тот же момент времени амплитуды напряжений электрических сигналов с основной гармоникой f на выходах амплитудных детекторов (АД) 1 и 2 КОС U₁ и U₂ (см фиг.4, 5, 6), которые можно описать следующими АВ:

U₁=К_уU₀R(Θ_C-α), [14, с.44...47],

где К_у - коэффициент передач (усиления) 1,2 КОС и канала частоты f₁, который определяется экспериментально и является известной величиной; U₀ - амплитуда напряжения на выходе АД 1 и 2 КОС при приеме АС на частоте f при нахождении ИЗ на рабочей оси HXH ЛГ ЗП, если бы коэффициенты усиления (передачи) вышеназванных каналов были равны 1;

R(©_C-α)=u₁/v₁; [(см. фиг.1, 2), [13, с.214, АВ (VI. 49) и (VI. 50) с.198];

θ_0,5 - ширина HXH ЛГ на уровне 0,5 при приеме сигнала на частоте f, которая определяется по графику HXH, описанной АВ для R(©), см. фиг.1 и 2 (сплошную кривую);

или рассчитывается по следующей формуле:

j - текущий номер приближения; Е - заданное малое значение разности приближений пеленгов (например, 10^-6);

_J и _J-1 определяются из следующего выражения [15, c.145]:

Амплитуда напряжения на выходе АД 2 КОС при приеме АС на частоте f примет вид

Рассчитав отношение (см. фиг.4, это делает ЭВМ )U₁/U₂=η_k, можно найти из этого АВ, используя метод последовательных приближений, значение пеленга ИЗ α (см. фиг.4, это делает ЭВМ) в таком виде:

T₁<T₄;T₂<T₃;T₁ T₂;T₁ Т₂; T₁<Т₃; Т₂<Т₄; Т₃ Т₄;Т₃ Т₄, при приходе АС с одного из направлений внутри рабочего сектора пеленгатора;

Т₂<T₁; Т₂<Т₃; Т₂<Т₄; T₁<Т₄; Т₃<Т₄; Т₃<T₁, при приходе АС с правой границы рабочего сектора пеленгатора;

T₁<Т₄; T₁<Т₂; T₁<Т₃; Т₄<Т₂; Т₄<Т₃; Т₂<Т₃, при приходе АС с левой границы рабочего сектора пеленгатора; при невыполнении вышеназванных условий расчет пеленга, дальности до ИЗ и его ТК не производится,

где T₁, Т₂, Т₃, Т₄ - времена прихода АС к ЗП 1...4 соответственно;

α_J и α_J-1 определяются из следующего выражения [15, с.145]:

которое получено путем решения уравнения вида η_k=U₁/U₂=u₁v₂/u₂v₁(оно приведено выше) относительно пеленга α;

Из АВ для амплитуды напряжения на выходе АД 1 КОС при приеме АС на частоте f можно найти АВ для U₀ (см.фиг.4, это делает ЭВМ) в таком виде: U₀=U₁/[К_уR(Θ_C-α)].

Амплитуда напряжения U₀ пропорциональна амплитуде звукового давления на входе 1ЛГ Р_м, т.е.

U₀=P_МK,

где К - коэффициент пропорциональности (определяемый экспериментально), учитывающий чувствительность ЛГ на соответствующей частоте, напряжение электропитания микрофонов и другие их конструктивные параметры.

Тогда P_М=U₀/K,

а уровень этого звукового давления определится по такому АВ [11, с.15, АВ (1.17); 12, с.12]:

L=20lg(P_м/2·10^-5), который рассчитает ЭВМ.

По аналогии с вышеприведенным при приеме АС на частоте f₁ рассчитывается амплитуда напряжения на выходе АД канала частоты f₁ (см. фиг.4)

где - амплитуда напряжения на выходе АД канала частоты f₁ (см. фиг.4) при приеме АС на частоте f₁ при нахождении ИЗ на рабочей оси НХН 1 ЛГ ЗП, если бы коэффициент усиления (передачи) вышеназванного канала был равен 1;

Из АВ для амплитуды напряжения на выходе АД канала частоты f₁ при приеме АС на частоте f₁ можно найти АВ для в таком виде:

Амплитуда напряжения пропорциональна амплитуде звукового давления на входе 1 ЛГ P_1м, т.е.

где К¹ - коэффициент пропорциональности (определяемый экспериментально), учитывающий чувствительность 1 ЛГ на частоте f₁, напряжение электропитания микрофонов и другие их конструктивные параметры.

Тогда

а уровень этого звукового давления определится по такому АВ [11, с.15, АВ (1.17); 12, с.12]:

Величина Δ₂, обусловленная снижением уровня звукового давления различными преградами (она рассчитывается ЭВМ), при приеме АС на частоте f определится по такому АВ:

(a+b) - длина кратчайшего пути от примерного центра района особого внимания (РОВ) к пеленгатору, проходящего через верхнюю кромку экрана (например, холма или горы), см. фиг.7, где ИЗ - примерный центр РОВ, АП - акустический пеленгатор, которая может быть измерена по топографической карте и введена в ЭВМ перед ведением звуковой разведки;

d_Л - расстояние между примерным центром РОВ и пеленгатором по прямой (визирной) линии, см. фиг.7, которое также может быть измерено по топографической карте и введено в ЭВМ перед ведением звуковой разведки;

λ=C_W/f - длина звуковой волны с учетом параметров ветра в приземном слое атмосферы при приеме АС на частоте f;

Величина ΔL_пов, обусловленная снижением уровня звука подстилающей поверхностью, зависит от вида этой поверхности.

Если подстилающая поверхность с травяным (снежным) покровом, а высоты расположения источника АС Н_И и ЛГ ЗП h над поверхностью земли не менее 1м и частоты f и f₁ находятся в диапазоне f_H...f_В, причем f_Н=2·10³·D^l/2, a f_B=20 D/hH_И, то при приеме АС на частоте определится по такому АВ:

где D_РОВ - расстояние от пеленгатора до примерного центра РОВ, которое можно измерить перед боевой работой пеленгатора по топографической карте и ввести в ЭВМ.

Если подстилающая поверхность жесткая (например, лед или каменистая почва) и отраженный луч попадает в ЛГ ЗП, то

Если подстилающая поверхность жесткая (например, лед или каменистая почва), но отраженный луч не попадает в ЛГ ЗП (экранируется складками местности), то

Величина β_ЗЕЛ, обусловленная снижением уровня звука лесом и лесополосами:

(она рассчитывается ЭВМ), при приеме АС на частоте f определится по такому АВ:

, [11, с.178];

β_Азел=0,08 дБ/м - для декоративных лесополос с густой крупной листвой;

β_Азел=0,25 дБ/м - для плотных лесополос;

βА_зел=0,08 дБ/м - для специальных шумозащитных лесополос с плотным смыканием крон деревьев и заполнением подкронового пространства кустарником и лесных массивов;

l - путь, проходимый АС из РОВ через лесные массивы и полосы к пеленгатору, который также можно измерить перед боевой работой пеленгатора по топографической карте.

Типы лесополос и лесных массивов можно определить по топографической карте.

Величина , обусловленная снижением уровня звукового давления различными преградами (она рассчитывается ЭВМ), при приеме АС на частоте f₁ определится по такому АВ:

, [11, с.189, AB (6.33)],

где ; [11, с.172];

;

, при δ=0, [11, с.172].

[11, с.177].

Если подстилающая поверхность жесткая (например, лед или каменистая почва) и отраженный луч попадает в ЛГ ЗП, то

, [11, с.177].

Если подстилающая поверхность жесткая (например, лед или каменистая почва), но отраженный луч не попадает в ЛГ ЗП (экранируется складками местности), то

, [11, с.177].

Коэффициент поглощения звука лесом и лесополосами при приеме АС на частоте f₁ можно определить по такому АВ:

, [11, с.178].

Коэффициент поглощения звука в воздухе при приеме АС на частоте f определяется таким АВ:

; см [12, с.21, АВ (6.31)],

где ρ - плотность воздуха;

η - коэффициент вязкости воздуха (например, η=1,402 при t=15°С и атмосферном давлении 101325 Па [12, с.6]);

ν=C_p/C_v - коэффициент адиабаты;

С_р - теплоемкость воздуха при постоянном давлении;

С_v - теплоемкость воздуха при постоянном объеме;

χ - коэффициент теплопроводности воздуха.

Коэффициент поглощения звука в воздухе при приеме АС на частоте f₁ определяется таким АВ:

, см [12, с.21, AB (6.31)].

Дальность до ИЗ от пеленгатора определится по такому АВ:

ТК ИЗ при ведении звуковой разведки в северо-восточном направлении определятся по такому АВ (см. фиг.8):

x_ц=x_п+Dcosα_из=x_п+Dcos(α_рсн+α);

у_ц=у_п+Dsinα_из=у_п+Dsin(α_рсн+α),

где х_п, у_п - ТК пеленгатора, определяемые его системой топопривязки;

D - дальность до ИЗ, определяемая по АВ (2);

α_из - дирекционный угол ИЗ;

α_рсн=α_1,20-Θ_с-π/2 - дирекционный угол РСН, рассчитываемый ЭВМ (см. фиг.8);

Θ_с=(α_1,20-α_40,21)/2,

т.к. 2Θ_с=(α_1,20-α_40,21), см. фиг.8;

α_1,20, α_40,21 - дирекционные углы с 1 ЗП на 20 ЗП и с 40 на 21 ЗП соответственно, определяемые, например, артиллерийским гирокомпасом.

ТК ИЗ при ведении звуковой разведки в северо-западном направлении определятся по такому АВ (см. фиг.9):

х_ц=х_п+Dcosβ₁=х_п+Dcos[2π-(α_рсн+α)];

у_ц=у_п-Dsinβ₁=у_п-Dsin(α_рсн+α),

α_рсн=α_1,20-Θ_с+3π/2 - дирекционный угол РСН, рассчитываемый ЭВМ (см. фиг.9).

ТК ИЗ при ведении звуковой разведки в юго-западном направлении определятся по такому АВ (см. фиг.10):

х_ц=х_п-Dcosβ₂=х_п-Dcos[(α_рсн-π)+α];

у_ц=у_п-Dsinβ₂=у_п-Dsin[(α_рсн-π)+α];

α_рсн=α_1,20-Θ_с-π/2, см. фиг.10.

ТК ИЗ при ведении звуковой разведки в юго-восточном направлении определятся по такому АВ (см. фиг.11):

х_ц=х_п-Dcosβ₃=х_п-Dcos[π-(α_рсн+α)];

у_ц=у_п+Dsinβ₃=у_п+Dsin[π-(α_рсн+α)];

α_рсн=α_1,20-Θ_с-π/2, см. фиг.11.

Электрическая структурная схема предлагаемого пеленгатора приведена на фиг.4. Состав и назначение устройств, входящих в эту схему, следующее: звукоприемники (ЗП) 1...42, каждый из которых включает в себя конденсаторный или электретный микрофон, предварительный усилитель микрофонного сигнала, фильтр нижних частот (ФНЧ) и источник постоянного тока, помещенные в куполообразный ветрозащитный корпус, в верхней части которого вмонтирован шаровой уровень, позволяющий устанавливать рабочие оси микрофонов вертикально (это обеспечивает круговую НХН их в горизонтальной плоскости). ЗП 1...40 решают следующие задачи: принимают акустические сигналы и помехи из окружающего пространства; преобразуют их в электрические сигналы (ЭС) и помехи; выделяют эти сигналы из указанной смеси сигналов и помех; ослабляют влияние ветровых помех, предотвращают попадание влаги к их устройствам и передают сигналы, а также помехи, амплитудный спектр которых одинаков с амплитудно-частотной характеристикой ФНЧ, в резонансные усилители (РУ). Звукоприемники фронтальный 41 и тыловой 42 по своему составу аналогичны остальным, но корпус у них одинаков с корпусом ЗП, например, звукометрической стации СЧЗ - 6 [6, см. с.83] или СЧЗ - 6М.ЗП 41 и 42, располагаются относительно ЛГ так, как показано на фиг.16. Рабочие оси этих ЗП располагаются горизонтально, а рабочий лепесток (больший лепесток) НХН ЗП 41 располагается в направлении РОВ ( в сторону фронта), а - ЗП 42 - в сторону своих войск (в тыл), см. фиг.14, 15. НХН этих ЗП описывается гиперкардиоидой

R(Θ)=М+γcosΘ, [12, см.97, 98], где М=0,25; γ=0,75, см. фиг.12, 13.

Это обеспечивает прием АС, попавших в рабочий сектор с фронта, и недопущение в КОС акустических помех, образующихся при залпах артиллерийских батарей наших войск, поступающих с тыла. Особенность их назначения перед другими ЗП состоит в том, что ЗП 41 передает сигнал на триггер Шмитта 61, а ЗП 42 - на триггер Шмитта 63. ЗП 1, ЗП 20, ЗП 21 и ЗП 40 подают свои сигналы и на РУ 45. ЗП 1...ЗП 20 и ЗП 21...ЗП 40 образуют 1 и 2 ЛГ соответственно (см. фиг.4...6), что обеспечивает узкие НХН (см. фиг.1...3 и 6) и, следовательно, высокую помехозащищенность пеленгатора за счет пространственной селекции ИЗ (целей).

РУ 43, 44, 46 (их по 20 штук в каждом блоке), каждый из которых включает в себя коммутатор на 2 входа и 1 выход, который подключен к одному из входов РУ, и сам РУ (избирательный усилитель (ИУ), с центральной частотой полосы пропускания f; в РУ 43 эта частота равна f₁. РУ 45 содержит только 4 ИУ, которые не имеют коммутатора на входе; их центральная частота полосы пропускания также равна f. ИУ РУ 1 и 2 каналов 44 и 46 предназначены для выделения гармоники с частотой f из амплитудного спектра ЭС и помех, поступающих с ЗП 1...20 1 ЛГ и с ЗП 21...40 2 ЛГ, после прихода импульса положительной полярности с одновибратора 62 (селекторного импульса) и подачи ее на соответствующие сумматоры напряжений 48, 49. РУ 43 предназначен для выделения гармоники с частотой f₁ из амплитудного спектра электрических сигналов и помех, поступающих с ЗП 1...20 1 ЛГ, и подачи ее на сумматор напряжений канала частоты f₁ 47 после прихода импульса положительной полярности с одновибратора 62.

Резонансные усилители 45 предназначены для выделения основной гармоники с частотой f из амплитудного спектра ЭС и помех, поступающих с ЗП 1, 20, 21, 40, и подачи ее на устройства формирования импульсов 59 после прихода АС к соответствующему ЗП.

Сумматоры напряжений канала частоты f₁ 47,1 канала 48,2 канала 49 имеют по 20 входов и 1 выходу. Они предназначены для суммирования соответствующих напряжений и подачи их на амплитудные детекторы (АД) в период действия селекторного импульса.

Амплитудные детекторы 50...52 определяют наибольшие амплитуды напряжений суммарных сигналов в своих каналах обработки, преобразуют их в постоянные напряжения и подают их на соответствующие 8-разрядные аналого-цифровые преобразователи (АЦП) 53...55 своих каналов.

Последние преобразуют постоянные напряжения, несущие информацию о вышеуказанных амплитудах напряжений (см. фиг.4), в цифровой код и передают ее в соответствующие регистры.

Регистры канала частоты f₁ 56,1 канала 57,2 канала 58 построены на основе триггеров, имеют один вход и 8 выходов. Регистр канала частоты f₁ 56 служит для регистрации величины напряжения и ввода ее в ЭВМ 60. Регистр 1 канала 57 служит для регистрации величины напряжения U₁ и ввода ее в ЭВМ 60. Регистр 2 канала 58 служит для регистрации величины напряжения U₂ и ввода ее в ЭВМ 60.

Устройства формирования импульсов 59 включают в себя 4 канала обработки АС (см. фиг.15). Каналы обработки АС включают в себя: триггеры Шмитта 65...68; одновибраторы 69...72.

Триггеры Шмитта предназначены для формирования остроконечных треугольных импульсов из соответствующих гармонических и квазигармонических ЭС и подачи их на соответствующие одновибраторы (см. фиг.15).

Одновибраторы 62, 64 (см. фиг.4, 16...18) представляют из себя заторможенные мультивибраторы. Одновибратор 62 предназначен для формирования прямоугольных импульсов положительной полярности длительностью 0,5 с и подачи его на 1 основной и 1 управляющий входы коммутаторов РУ 43, 44 и 46.

Одновибратор 64 предназначен для формирования прямоугольных импульсов положительной и отрицательной полярности длительностью 2 с. Причем импульс положительной полярности подается на 2 управляющий вход коммутаторов РУ 43, 44 и 46, а импульс отрицательной полярности подается на 2 основной вход коммутаторов РУ 43, 44 и 46.

Одновибраторы 69...72 представляют из себя заторможенные мультивибраторы и предназначены для формирования прямоугольных импульсов положительной полярности длительностью 1 с, подаваемых в ЭВМ 60 (см. фиг.4, 15).

ЭВМ 60 (см. Фиг.4) решает следующие задачи: рассчитывает пеленги, используя алгоритм их расчета, представленный выше, и текст программы; рассчитывает удаления источника АС от пеленгатора, используя алгоритм их расчета, представленный выше, и текст программы; определяет времена прихода сигналов (T₁, Т₂, Т₃, Т₄), определяющие принадлежность источника АС рабочему сектору акустической антенны; вырабатывает тактовые импульсы, импульсы "Чтение" и "Сброс", обеспечивающие работу регистров канала частоты f₁ 56,1 и 2 каналов; присваивает номер цели (источнику АС), фиксирует астрономическое время проявления этой цели, рассчитывает ее прямоугольные ТК х_ц, у_ц, используя алгоритм их расчета, представленный выше, и текст программы, представленный в приложении 2; передает эти данные на командный пункт артиллерийского дивизиона.

Триггеры Шмитта 61 и 63 предназначены для формирования остроконечных треугольных импульсов из соответствующих гармонических и квазигармонических ЭС, поступающих с ЗП фронтального 41 и ЗП тылового 42 соответственно, и подачи их на одновибраторы 62 и 64 (см. фиг.4).

Одновибраторы 62 и 64 представляют из себя также заторможенные мультивибраторы. Одновибратор 62 вырабатывает селективный импульс, поступающий на первый и управляющий входы коммутатора (см. фиг.16) длительностью 0,5 с (см. фиг.17, 18). Одновибратор 64 вырабатывает прямоугольный импульс отрицательной полярности, поступающий на второй вход коммутатора (см. Фиг.16) длительностью 2 с (см. фиг.17, 18), а также на вход инвертора (см. фиг.16).

Предлагаемое устройство работает следующим образом: при приеме АС из рабочего сектора пеленгатора звуковая волна достигает, например, ЗП 1 (см. фиг.4, 5, 14 и 15 ), последний преобразует этот АС в ЭС и подает его на 1 ИУ блока РУ 45, с выхода этого усилителя сигнал поступает на триггер Шмитта 65, последний сформирует из этого ЭС импульсы треугольной формы, поступающие на одновибратор 69. Первый из этих импульсов вызовет формирование этим одновибратором прямоугольного импульса положительной полярности длительностью 1 с, который поступит в ЭВМ. Последняя зафиксирует время T₁. При поступлении АС к ЗП 2, ЗП 3 и т.д. последние преобразуют этот АС в ЭС и подают их на 1 входы соответствующих коммутаторов (см. фиг.4, 5, 14 и 16 ), но далее эти ЭС не пройдут, т.к. в это время на коммутаторы не поступает селекторный импульс. С приходом АС к ЗП 21 преобразует его в ЭС и подает его на 1 ИУ блока РУ 46, с выхода этого усилителя сигнал поступает на триггер Шмитта 67, последний сформирует из этого ЭС импульсы треугольной формы, поступающие на одновибратор 71. Первый из этих импульсов вызовет формирование этим одновибратором прямоугольного импульса положительной полярности длительностью 1 с, который поступит в ЭВМ. Последняя зафиксирует время Т₂ (см. фиг.4, 5, 14 и 15).

Аналогичные процессы произойдут в пеленгаторе при приеме АС ЗП 20 и 40. В результате произойдет фиксирование ЭВМ времен Т₃ и Т₄.

При поступлении АС к ЗП фронтальному 41 (см. фиг.4, 5, 14, 16 и 17) на его выходе сформируется ЭС, который поступит на триггер Шмитта, последний сформирует последовательность импульсов треугольной формы, первый из которых вызовет срабатывание одновибратора 62. Этот одновибратор сформирует селекторный импульс положительной полярности длительностью 0,5 с (см. фиг.17), который поступит на 1 основной и управляющий входы всех коммутаторов РУ 43, 44 и 46 (см.фиг.4, 16), в результате чего все ИУ этих блоков РУ выделят на время 0,5 с ЭС и усилят эти сигналы, которые поступят на соответствующие сумматоры напряжений 47...49. Последние сформируют соответствующие суммарные ЭС, которые поступят на свои АД. Они преобразуют наибольшие амплитуды суммарных ЭС в постоянные напряжения, которые поступят на свои АЦП 53...55. Последние преобразуют их в двоичный код и передадут эту информацию в соответствующие регистры 56...58, а затем в ЭВМ. Таким образом, информация об амплитудах U₁, U₂ и поступит в ЭВМ, где в соответствии с представленным выше алгоритмом и текстом программы будут рассчитаны вышеназванные величины.

При поступлении АС к ЗП тыловому 42 (см. фиг.4, 5, 14, 16 и 18) на его выходе сформируется ЭС, который поступит на триггер Шмитта, последний сформирует последовательность импульсов треугольной формы, первый из которых вызовет срабатывание одновибратора 64. Он сформирует 2 импульса, один отрицательной и второй положительной полярности, длительностью 2 с. Импульс положительной полярности поступит на 2 управляющий вход всех коммутаторов РУ 43, 44 и 46, а отрицательной полярности - на 2 основной вход всех этих коммутаторов. В результате чего все ИУ этих блоков РУ будут закрыты на время 2 с, поэтому на сумматоры напряжений сигналы поступать не будут.

При отсутствии АС на входах ЗП все ИУ РУ 43, 44 и 46 закрыты, т.к. коммутаторы их отключают от своих входов.

При поступлении АС с тыла (см. фиг.4, 5, 14, 16 и 18) он достигает сначала ЗП тылового 42, который обеспечивает формирование 2 вышеуказанных импульсов, что в конечном счете закрывает ИУ всех РУ на время 2 с. Поэтому при прохождении этого сигнала через ЗП ЛГ их сигналы не поступают в ИУ РУ.

При поступлении АС из направлений вне сектора разведки обработка сигнала будет производиться по всем 3 каналам, но определение пеленгов источников АС, дальностей до них и их топографических координат производиться не будет, т.к. не будут выполняться условия, описанные в АВ (1).

Техническая реализация вышеназванного АП возможна, что покажем ниже.

ЗП 1...40 при пеленговании стреляющих артиллерийских орудий, минометов, разрывов снарядов, боевых частей ракет и мин могут представлять собой звукоприемники (приборы Пр-2), используемые в автоматизированных звукометрических комплексах АЗК-5 [16].

ЗП 41, 42 по своему составу аналогичны ЗП 1...40, но микрофоны у них типа МКЕ 802 [12, с.126], КМКЭ-1 [12, с.130] или КМС-19-03 (ветрозащитный) [12, с.130].

В качестве коммутаторов, имеющихся в РУ 43, 44, 46, можно использовать четырехканальные коммутаторы, например, К190КТ2, описанные в [20,с.105,106].

В качестве ИУ, имеющихся в РУ 43-46, можно использовать, например, ИУ на операционном усилителе (ОУ) с двойным Т-образным мостом. [18, с.167, 168].

В качестве сумматоров напряжений 47-49 можно использовать устройства на основе операционного усилителя [17, с. 213, 214].

В качестве амплитудных детекторов можно применить, например, простой детектор видеоимпульсов [21, с.253, 254].

В качестве АЦП можно использовать К572ПВЗ или К572ПВ4 [20, с.110].

В качестве регистров можно использовать, например, 8-разрядный сдвигающий регистр К555ИР8 [20, с.117].

В качестве ЭВМ 60 целесообразно использовать Pentium IV 1700 MHz /512 Mb DDR /60 Gb HDD 7200 rpm.

В качестве триггеров Шмитта 61, 63, 65-68 можно использовать, например, интегральные микросхемы К118ТЛ1А и ее модификации [19, с.39] или устройства на основе ОУ, описанные в [18, с.186].

В качестве одновибраторов 62, 64, 69-72 целесообразно использовать, например, интегральные микросхемы К224АГ2 [18, с.192-194] или К155АГЗ [18, с.116].

Таким образом, вышеуказанные устройства пеленгатора технически реализуемы.

Примечание: значения параметров С_р, η и χ, входящих в АВ для β_a и , можно взять, например, из [22, см. с.199, 345, 369 табл.16.15], параметр ν - из [23, см. с.65] и параметр ρ- из [12, см. с.6; 22, 23].

Источники информации.

1. Патент США 3042897, кл. 340-6. Гидроакустический пеленгатор. Опубликован в 1962 г. Бюллетень №20, 1962.

2. Патент ФРГ 1807535, кл. G 01 S. Акустический пеленгатор. Опубликован в 1970 г. Бюллетень №24.

3. Патент ФРГ 2027940 кл. G 01 S 3/80. Акустический пеленгатор. Опубликован в 1977 г. Бюллетень №7.

4. Патент РФ 2048678 кл. G 01 S 3/80. Пеленгатор источников акустических излучений. /Хохлов В.К. и др./. Опубликован 20.11.1995 г.

5. Таланов А.В. Артиллеристская звуковая разведка. -М.: Воениздат, 1957. - 350 с.

6. Сергеев В.В. Основания устройства и элементы проектирования звукометрической аппаратуры. - Пенза: ПВАИУ, 1964.143 с.

7. Автоматизированный звукометрический комплекс АЗК - 5. (Изделие 1Б17) Техническое описание. БМ, 1977.

8. Автоматизированный звукометрический комплекс АЗК - 7. Техническое описание. БМ, 1987.

9. Шмелев В.В. Многоканальный акустический равносигнальный пеленгатор. Оборонная техника, №10-11. - М., 1996. с.17-19.

10. Патент РФ 2138059 кл. G 01 S 3/00, 3/80, 15/08. Акустический пеленгатор /Волощенко В.Ю./. Опубликован 20.09. 1999 г. Бюллетень №26. Прототип.

11. Борьба с шумом на производстве. Справочник. Под общ. ред. Е.Я.Юдина. - М.: Машиностроение, 1985. - 400 с.

12. Иоффе В.К., Корольков В.Г., Сапожков М.А. Справочник по акустике. - М.: Связь, 1979. - 312 с.

13. Вахитов Я.Ш. Теоретические основы электроакустики и электроакустическая аппаратура. - М.: Искусство, 1982. - 600 с.

14. Справочник по основам радиолокационной техники. Под ред. В.В.Дружинина. - М.: Воениздат, 1967. - 768 с.

15. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. - М.: Наука, 1964. - 608 с.

16. Система С-1. Альбом электрических принципиальных схем. - БМ, 1980.

17. Павлов В.Н., Ногин В.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств. - М.: Горячая линия Телеком, 2001. - 320 с.

18. Забродин Ю.С. Промышленная электроника: Учебник для вузов. - М.: Высшая школа, 1992. - 496 с.

19. Булычев А.Л., Галкин В.И., Прохоренко В.А. Аналоговые интегральные схемы: Справочник. - Минск: Беларусь, 1993. - 382 с.

20. Справочник разработчика и конструктора РЭА. Элементная база. Книга I. - М.: Итар-ТАСС, 1993. - 157 с.

21. Теория и расчет основных радиотехнических схем на транзисторах. - М.: Связь, 1964. - 456 с.

22. Физические величины: Справочник. Под ред. И.С.Григорьева. - М.: Энергоатомиздат, 1991. - 1231 с.

23. Хромов С.П., Петросянц М. А. Метеорология и климатология. - М.: МГУ, 1994. - 520 с.

Изобретение относится к звукометрическим станциям (звукометрическим комплексам) и может быть использовано для определения удаления источника звука, источника акустического сигнала от пеленгатора и топографических координат этого источника звука (ИЗ). Акустический пеленгатор включает две линейные группы звукоприемников, соединенных с соответствующими входами цепочек из трех параллельно включенных каналов обработки сигналов, каждая цепочка включает в себя последовательно включенные между собой резонансные усилители, по двадцать в каждом канале обработки сигналов, сумматоры напряжений, амплитудные детекторы, аналого-цифровые преобразователи и регистры, выходы которых соединены с ЭВМ. Кроме того, в него дополнительно введена цепь из последовательно соединенных между собой резонансных усилителей (РУ) и устройства формирования импульсов, также соединенных с соответствующими средствами пеленгатора. Использование заявляемого пеленгатора позволяет определить пеленг ИЗ с большой точностью и за меньшее время, чем в прототипе, и осуществлять его локацию, что и является достигаемым техническим результатом. 18 ил.

Акустический пеленгатор, включающий две линейные группы, каждая из которых состоит из двадцати звукоприемников, соединенных с соответствующими входами трех параллельно включенных каналов, отличающийся тем, что первый и второй каналы принимают акустические сигналы с первой линейной группы звукоприемников, причем первый канал принимает акустические сигналы на одной частоте с третьим, а второй на более высокой частоте, третий канал принимает акустические сигналы со второй линейной группы звукоприемников, при этом в каждый канал включены последовательно соединенные двадцать резонансных усилителей, сумматор напряжения, амплитудный детектор, аналого-цифровой преобразователь и регистр, выходы регистров каждого канала соединены с электронно-вычислительной машиной, каждый из резонансных усилителей включает в себя избирательный усилитель, в который подается сигнал из соответствующего звукоприемника, и коммутатор на два входа, при этом выход коммутатора подключен к одному из входов избирательного усилителя, кроме того акустический пеленгатор снабжен дополнительным блоком, состоящим из четырех резонансных усилителей, входы которых соответственно соединены с выходами первого, двадцатого, двадцать первого и сорокового звукоприемников, выходы четырех резонансных усилителей дополнительного блока соединены с соответствующими входами устройств формирования импульсов, выходы которых соединены с электронно-вычислительной машиной, кроме того, введены первая цепь, состоящая из последовательно соединенных фронтального звукоприемника, триггера Шмитта и одновибратора, и вторая цепь, состоящая из последовательно соединенных тылового звукоприемника, триггера Шмитта и одновибратора, выход одновибратора первой цепи соединен с первыми основными и управляющими входами коммутаторов резонансных усилителей всех трех параллельно включенных каналов, первый выход одновибратора второй цепи соединен с вторыми управляющими входами коммутаторов резонансных усилителей всех трех параллельно включенных каналов, второй выход одновибратора второй цепи - со вторыми основными входами коммутаторов резонансных усилителей всех трех параллельно включенных каналов.