ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ ОБНАРУЖИТЕЛЬ ДВИЖУЩЕГОСЯ ПОДВОДНОГО ОБЪЕКТА Российский патент 2013 года по МПК G08B3/10 H04L29/06 

Изобретение относится к гидроакустическим сигнальным устройствам, а именно к устройствам для обнаружения движущегося подводного объекта в условиях мелководья, и может быть использовано для защиты кораблей, судов в гаванях и портах, а также портовых и других подводных сооружений.

Известно устройство для тревожной сигнализации, содержащее последовательно соединенные генератор сверхвысоких частот с передающей антенной, приемную антенну, амплитудный детектор принимаемого сигнала (Патент 2124232 Российской Федерации, МПК ⁶ G08B 13/24. Устройство для тревожной сигнализации / Трефилов Н.А., Николаенко В.А., Шеремето Ю.Ю., Елягин С.В., Маргелов А.А., патентообладатель Ульяновский государственный технический университет Российской Федерации. - №96102923; заявл. 15.02.1996; опубл. 27.12.1998. - 1С.: ил.).

Известное устройство вырабатывает сигнал тревоги при появлении дополнительного предмета в охраняемом объекте, а также при исчезновении или перемещении предметов с любой скоростью. В отраженном сигнале появляются составляющие с новыми амплитудной и фазовой характеристикой, которые изменяют амплитудно-частотную и фазочастотную характеристики области пространства охраняемого объекта. При сравнении амплитудно-частотной или фазочастотной характеристики с первоначальной микропроцессорный модуль вырабатывает сигнал "тревога" в соответствии с заданным критерием.

Недостатком описанного аналога является то, что работа устройства предполагает его работу в пространстве, ограниченном статически неподвижными границами.

Эти недостатки устранены другим известным устройством для обнаружения движущегося морского объекта, наиболее близким к заявленному изобретению техническим решением для обнаружения движущегося морского объекта и выбранным в качестве прототипа. Прототип содержит блок излучения, в состав которого входят генератор высоких частот и излучающее антенное устройство, блок обработки сигнала, в состав которого входят два приемных канала, каждый из которых содержит приемное антенное устройство и согласующее устройство, а также вычитающее устройство и адаптивный фильтр. Кроме того, устройство содержит амплитудный детектор, регистрирующее устройство и блок отображения информации (Патент 68733 Российской Федерации, МПК G08B 3/00, G08B 31/00. Устройство обнаружения движущегося морского объекта/ Калашников И.И., Колмогоров B.C., Сенченко А.Г., Юрченко Е.Н.; патентообладатель Тихоокеанский военно-морской институт имени С.О.Макарова. - №2007126542/22; заявл. 11.07.2007; опубл. 27.11.2007, бюл. №33).

Известный прототип вырабатывает сигнал тревоги, при появлении дополнительного предмета в охраняемом водном пространстве и в отраженном от объекта сигнале появляется составляющая с новой амплитудой, в сравнении с первоначальной. Известный прототип вырабатывает сигнал тревоги о наличии движущегося объекта в охраняемой зоне.

Недостатком описанного прототипа является то, что при работе устройства в водную среду излучается высокочастотный сигнал одной частоты, а высота водной поверхности со временем изменяется, поэтому для образования устойчивой интерференционной картины необходимо изменять частоту излучаемого акустического сигнала, что в прототипе не предусмотрено и тем самым может вызвать не обнаружения движущегося объекта.

На устранение этого недостатка направлено заявленное изобретение, технической задачей которого является: создание нового акустического сигнального устройства для обнаружения движущегося подводного объекта в условиях мелководья с учетом изменяющейся интерференционной картины в исследуемом районе.

Реализация поставленной технической задачи позволяет добиться следующего технического результата:

- создано новое гидроакустическое устройство обнаружения движущегося подводного объекта в условиях мелководья для защиты кораблей, судов в гаванях и портах, а также портовых и других подводных сооружений.

Для достижения указанного технического результата предложен «Интерференционный обнаружитель движущегося подводного объекта», содержащий последовательно соединенные генератор и излучающее антенное устройство, с возможностью передачи излученного сигнала на вход блока обработки сигналов. В него входят аналогичные первый и второй приемные каналы, включающие соответствующие приемные антенные устройства, соответствующие согласующее устройства, а также вычитающее устройство и адаптивный фильтр. Выход первого согласующего устройства параллельно соединен с первым входом вычитающего устройства и первым входом адаптивного фильтра. Выход второго согласующего устройства соединен со вторым входом адаптивного фильтра, выход которого соединен со вторым входом вычитающего устройства. Выход вычитающего устройства соединен через амплитудный детектор с входом регистрирующего устройства, выход которого соединен с входом блока отображения информации.

Принципиальным отличием заявленного изобретения от прототипа является то, что блок обработки сигнала дополнительно содержит канал перестройки частоты, включающий последовательно соединенные третье приемное антенное устройство, третье согласующее устройство, третий блок фильтров. Канал перестройки частоты дополнительно содержит также блок расчета и сравнения функции когерентности, выход которого параллельно соединен с первым входом первого блока и первым входом второго блока фильтров, дополнительно включенных в первый приемный канал и второй приемный канал соответственно. Выход первого приемного антенного устройства соединен со вторым входом первого блока фильтров, выход которого соединен с входом первого согласующего устройства. Выход второго приемного антенного устройства соединен со вторым входом второго блока фильтров, выход которого соединен с входом второго согласующего устройства.

Такое конструктивное решение изобретения за счет отличительных признаков дало следующие новые технические эффекты.

Использование канала перестройки частоты расширило конструкционно-технологические возможности изобретения, в результате которого заявленное устройство производит прием «эталонной» амплитудно-частотной характеристики охраняемого водного пространства, которая необходима для выработки в блоке расчета и сравнения функции когерентности управляющего электрического сигнала заданной частоты для настройки регулируемых блоков фильтров первого и второго приемных каналов. В результате увеличилась вероятность обнаружения движущегося подводного объекта.

Дополнительным отличием является то, что регистрирующее устройство использовано с возможностью визуального отображения обработанного сигнала, а выход регистрирующего устройства соединен с входом блока отображения информации с возможностью документирования данных. Этим обусловлена необходимость быстрой обработки информации и ее документирование.

Другими дополнительными отличиями является то, что канал перестройки частоты использован с возможностью приема излученного акустического сигнала, его обработки и выработки управляющего электрического сигнала заданной частоты, параллельно поступающего в первый блок фильтров и второй блок фильтров, которые аналогично использованы с возможностью пропускания принимаемого акустического сигнала оптимальной частоты. В результате этой возможности выбора оптимальной частоты приема увеличилась вероятность и точность обнаружения движущегося подводного объекта

Сущность изобретения поясняется чертежом: Интерференционный обнаружитель движущегося подводного объекта. Функциональная схема.

На схеме представлено:

1. Блок излучения

1.1 Генератор

1.2 Излучающее антенное устройство

2. Блок обработки сигнала

2.1. Канал перестройки частоты

2.1.1 Третье приемное антенное устройство

2.1.2 Третье согласующее устройство

2.1.3 Третий блок фильтров

2.1.4 Блок расчета и сравнения функции когерентности

2.2 Первый приемный канал

2.2.1 Первое приемное антенное устройство

2.2.2 Первый блок фильтров

2.2.3 Первое согласующее устройство

2.3 Второй приемный канал

2.3.1 Второе приемное антенное устройство

2.3.2 Второй блок фильтров

2.3.3 Второе согласующее устройство

2.4 Вычитающее устройство

2.5 Адаптивный фильтр

3. Амплитудный детектор

4. Регистрирующее устройство

5. Блок отображения информации

Все конструктивные элементы в блоке излучения 1, в блоке обработки сигналов 2, а также амплитудный детектор 3, регистрирующее устройство 4 и блок отображения информации 5 соединены электрическими связями. Блок излучения 1 соединен с блоком обработки сигналов 2 посредством акустической связи через водную среду. В качестве устройства формирующего сигналы использован цифровой генератор 1.1, генерирующий мультитональные сигналы, которые поступают на антенное устройство 1.2. В качестве излучающего антенного устройства 1.2 использован излучающий электроакустический элемент с возможностью передачи акустических сигналов в водную среду. В блоке обработки сигналов 2 сформированы канал перестройки частоты 2.1 и два идентичных приемных канала 2.2 и 2.3. В блоке обработки сигналов 2 выход третьего приемного антенного устройства 2.1.1 последовательно соединен с входом третьего согласующего устройств 2.1.2, выход которого соединен с входом третьего блока фильтров 2.1.3, выход которого соединен с входом блока расчета и сравнения функции когерентности 2.1.4 для формирования канала перестройки частоты 2.1, выход которого параллельно соединен с первым входом первого блока фильтров 2.2.2 и первым входом второго блока фильтров 2.3.2 которые дополнительно включены в первый приемный канал и второй приемный канал соответственно. Канал перестройки частоты использован с возможностью приема излученного акустического сигнала его обработки и выработки управляющего электрического сигнала заданной частоты.

В блоке обработки сигнала 2 выход каждого приемного антенного устройства 2.2.1 и 2.3.1 аналогично последовательно соединен с первым входам соответствующих блоков фильтров 2.2.2 и 2.3.2 для возможности пропускания принимаемого акустического сигнала оптимальной частоты, выходы которых соединены с входами соответствующих согласующих устройств 2.2.3 и 2.3.3, для формирования двух идентичных приемных каналов 2.2 и 2.3. Первый приемный канал 2.2 параллельно соединен с входом вычитающего устройства 2.4 и первым входом адаптивного фильтра 2.5, выход второго согласующего устройства соединен со вторым входом адаптивного фильтра, для выработки нормированного сигнала, поступающего с выхода адаптивного фильтра 2.5 на второй вход вычитающего устройства 2.4. Выход вычитающего устройства 2.4 через амплитудный детектор 3 соединен с входом регистрирующего устройства 4. Регистрирующее устройство 4 использовано с возможностью визуального отображения обработанного сигнала. Кроме того, выход регистрирующего устройства 4 соединен с входом блока отображения информации 5 для документирования данных.

Устройство работает следующим образом.

Для функционирования устройство снабжено общепринятым переносным или стационарным источником питания, расположенным на плавучем морском носителе. При работе цифровой генератор 1.1, с помощью излучающего антенного устройства 1.2, в качестве которого использован электроакустический элемент, широко используемый в гидроакустике, излучает в водную среду исследуемого района многочастотные сигналы. В результате многократного взаимного отражения от взволнованной поверхности моря и дна волны различных частот облучают все пространство исследуемой области.

«Эталонная» амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) охраняемого водного пространства принимается каналом перестройки частоты 2.1 через последовательно соединенное третье приемное антенное устройство 2.1.1, третье согласующее устройство 2.1.2, третий блок фильтров 2.1.3 и блок расчета и сравнения функции когерентности 2.1.4. Принимаемая АЧХ необходима для выработки в блоке расчета и сравнения функции когерентности управляющего электрического сигнала заданной частоты для настройки первого блока фильтров 2.2.2 и второго блока фильтров 2.3.2 на оптимальную частоту приема.

Эта же «эталонная» амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) охраняемого водного пространства принимается вторым приемным каналом 2.3 через последовательно соединенные второе приемное антенное устройство 2.3.1, второй блок фильтров 2.3.2 и второе согласующее устройство 2.3.3, настроенным на оптимальную частоту приема, которая будет необходима для выработки нормированного сигнала в адаптивном фильтре 2.5. При появлении движущегося подводного объекта в пространстве исследуемой зоны, первым приемным каналом 2.2 через последовательно соединенные первое приемное антенное устройство 2.2.1, первый блок фильтров 2.2.2 и первое согласующее устройство 2.2.3, настроенным на оптимальную частоту приема, регистрируется «рабочая» АЧХ пространства, в котором может предположительно находиться обнаруживаемый объект. Отраженный от исследуемого объекта сигнал принимается вторым приемным каналом 2.3 в составе блока обработки сигнала 2. Ко второму приемному каналу 2.3 подключен посредством электрической связи адаптивный фильтр 2.5, выполняющий функцию выработки нормированной АЧХ пространства. Полученная нормированная АЧХ представляет собой АЧХ пространства на момент начала обнаружения объекта. С выхода адаптивного фильтра 2.5 нормированный сигнал поступает на соответствующий вход вычитающего устройства 2.4. В случае превышения величины амплитуды «эталонного» сигнала над выработанным порогом амплитуды нормированного сигнала на экране регистрирующего устройства 4 наблюдается АЧХ исследуемого биологического, техногенного, морского или пресноводного объекта. При движении объекта в воде будет соответственно меняться и величина порога срабатывания устройства. Таким образом, чувствительность устройства будет меняться при изменении величины принятой «эталонной» АЧХ.

При изменении высоты водной поверхности исследуемого района в блоке расчета и сравнения функции когерентности 2.1.4 выработается новый управляющий электрический сигнал другой оптимальной частоты, который поступает на вход соответствующих первого блока фильтров 2.2.2 и второго блока фильтров 2.3.2, для настройки на эту оптимальную частоту приема двух приемных каналов 2.2 и 2.3.

При появлении дополнительного предмета любого размера в охраняемой зоне (исчезновении или перемещении объектов с любой скоростью), в отраженном сигнале появляются составляющие с новой амплитудой. Новые амплитудные составляющие изменяют амплитудно-частотные характеристики области пространства исследуемого объекта. Полученный в вычитающем устройстве 2.4 разностный амплитудный сигнал поступает на вход амплитудного детектора 3 для выделения амплитудной огибающей. После этого продетектированный сигнал поступает на вход регистрирующего устройства 4 для регистрации и документирования полученных в результате исследования данных. Визуальное наблюдение принятого акустического сигнала происходит в блоке отображения информации 5, где происходит принятие решения о нахождении в исследуемой области движущегося постороннего объекта.

Заявленное изобретение представляет значительный интерес для народного хозяйства, так как обеспечивает охрану биологических и техногенных морских и пресноводных объектов. Заявленное решение не оказывает отрицательного воздействия на экологическое состояние окружающей среды.

Таким образом, заявленное изобретение «Интерференционный обнаружитель движущегося подводного объекта» является новым гидроакустическим охранным устройством для обеспечения защиты кораблей, судов в гаванях и портах, а также портовых и других подводных сооружений.

Заявленное устройство обладает следующими достоинствами:

- возможностью оценки и подстройки частоты интерференционных колебаний принимаемого сигнала;

- возможностью обнаружения подводного движущегося объекта в условиях мелководья;

- возможностью эффективного использования интерференционной локации для решения технических задач по гидролокации для обнаружения морских объектов.

Заявленное устройство промышленно применимо, так как для его реализации используются широко распространенные компоненты и изделия радиотехнической промышленности и вычислительной технике.

Изобретение относится к гидроакустическим сигнальным устройствам для обнаружения движущегося подводного объекта. Техническим результатом изобретения является обнаружение движущегося подводного объекта в условиях мелководья с учетом изменяющейся интерференционной картины в исследуемом районе. Интерференционный обнаружитель движущегося подводного объекта содержит генератор, излучающее антенное устройство, блок обработки сигнала, в который входят первый и второй приемные каналы, включающие соответствующие приемные антенные устройства, соответствующие согласующее устройство и блок фильтров, а также вычитающее устройство и адаптивный фильтр, амплитудный детектор, регистрирующее устройство, блок отображения информации, при этом блок обработки сигнала дополнительно содержит канал перестройки частоты, включающий третье приемное антенное устройство, третье согласующее устройство, третий блок фильтров и блок расчета и сравнения функции когерентности. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Интерференционный обнаружитель движущегося подводного объекта, содержащий последовательно соединенные генератор и излучающее антенное устройство, с возможностью передачи излученного сигнала на вход блока обработки сигнала, в который входят аналогичные первый и второй приемные каналы, включающие соответствующие приемные антенные устройства и соответствующие согласующие устройства, а также вычитающее устройство и адаптивный фильтр, при этом выход первого согласующего устройства параллельно соединен с первым входом вычитающего устройства и первым входом адаптивного фильтра, выход второго согласующего устройства соединен со вторым входом адаптивного фильтра, выход которого соединен со вторым входом вычитающего устройства, а выход вычитающего устройства соединен через амплитудный детектор с входом регистрирующего устройства, выход которого соединен с входом блока отображения информации, отличающийся тем, что блок обработки сигнала дополнительно содержит канал перестройки частоты, включающий последовательно соединенные третье приемное антенное устройство, третье согласующее устройство, третий блок фильтров и блок расчета и сравнения функции когерентности, выход которого параллельно соединен с первым входом первого блока фильтров и первым входом второго блока фильтров, дополнительно включенных в первый приемный канал и во второй приемный канал соответственно, при этом выход первого приемного антенного устройства соединен со вторым входом первого блока фильтров, выход которого соединен с входом первого согласующего устройства, а выход второго приемного антенного устройства соединен со вторым входом второго блока фильтров, выход которого соединен с входом второго согласующего устройства.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что регистрирующее устройство использовано с возможностью визуального отображения обработанного сигнала.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что выход регистрирующего устройства соединен с входом блока отображения информации с возможностью документирования данных.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что канал перестройки частоты использован с возможностью приема излученного акустического сигнала, его обработки и выработки управляющего электрического сигнала заданной частоты.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что первый блок фильтров и второй блок фильтров аналогично использованы с возможностью пропускания принимаемого акустического сигнала оптимальной частоты.