АКТИВНЫЙ ГИДРОЛОКАТОР Российский патент 2015 года по МПК G01S15/00 

Изобретение относится к гидроакустической технике, конкретнее к области активной гидролокации, в том числе к активным гидролокаторам, предназначенным для обнаружения объектов, измерения координат и параметров движения обнаруженных объектов.

Известен активный гидролокатор (патент РФ №2346295), содержащий акустические излучающую и приемную антенны, устройство формирования зондирующего сигнала, генераторное устройство, устройство управления, устройство формирования характеристик направленности, блок измерения времени задержки эхосигнала относительно момента излучения зондирующего сигнала, блок измерения угла прихода эхосигнала в вертикальной плоскости, блок измерения глубины цели.

Известен активный гидролокатор (патент США №3716823), содержащий последовательно соединенные устройство управления, устройство формирования зондирующего сигнала, генераторное устройство и излучающую акустическую антенну, последовательно соединенные приемную акустическую антенну, устройство обработки эхосигналов от объекта и устройство измерения классификационного параметра (анализатор спектра эхосигнала), ячейку памяти с эталонными спектрами эхосигналов от известных объектов, вычислительное устройство, с помощью которого производится сравнение спектральных составляющих эхосигналов с эталонными спектрами и индикатор.

Однако в этих гидролокаторах отсутствует устройство определения дистанции до цели.

По количеству общих признаков наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является активный гидролокатор, содержащий последовательно соединенные устройство синхронизации, устройство формирования тонального зондирующего сигнала, генераторное устройство и излучающую акустическую антенну, также содержащий последовательно соединенные приемную акустическую антенну, устройство формирования характеристики направленности, устройство обработки сигналов, устройство обнаружения эхосигнала, также содержащий устройство определения дистанции до цели (Справочник по гидроакустике Евтютов А.П., Колесников А.Е., Ляликов А.П. и др. Л.: Судостроение, 1982, с.6-14).

Недостатком этого гидролокатора-прототипа является то, что при большой длительности тонального зондирующего сигнала, необходимой для обеспечения значительных дальностей обнаружения эхосигналов, существенно снижается точность определения дистанции до цели. Это связано с тем, что в гидролокаторе-прототипе величины ошибок определения дистанции тем больше, чем больше длительность тонального сигнала.

Техническим результатом изобретения является повышение точности определения дистанции до цели.

Для достижения данного технического результата в активный гидролокатор, содержащий последовательно соединенные устройство синхронизации, устройство формирования тонального зондирующего сигнала, генераторное устройство и излучающую акустическую антенну, также содержащий последовательно соединенные приемную акустическую антенну, устройство формирования характеристики направленности, устройство обработки сигналов, устройство обнаружения эхосигнала, также содержащий устройство определения дистанции до цели, введены новые признаки, а именно: последовательно соединенные запоминающее устройство, устройство выделения сигнального отклика тонального сигнала, модулятор и согласованный фильтр, также введено устройство формирования модулирующей функции сложного сигнала и устройство выработки строба, при этом вход устройства формирования модулирующей функции сложного сигнала соединен с выходом устройства выделения сигнального отклика тонального сигнала, а первый и второй выходы устройства формирования модулирующей функции сложного сигнала соединены со вторыми входами модулятора и согласованного фильтра соответственно, вход устройства выработки строба соединен с выходом устройства обнаружения эхосигнала, выход устройства обработки сигналов соединен с первым входом запоминающего устройства, первый, второй и третий выходы устройства выработки строба соединены со вторым входом запоминающего устройства, вторым входом устройства выделения сигнального отклика тонального сигнала и первым входом устройства определения дистанции до цели соответственно, второй вход которого соединен с выходом согласованного фильтра, а второй вход устройства обнаружения эхосигнала соединен со вторым выходом устройства синхронизации.

Указанный технический результат достигается за счет того, что определение дистанции до цели производится на основе измерения времени задержки отклика на выходе согласованного фильтра для специально сформированного сложного сигнала, причем длительность этого отклика существенно (например, в десятки-сотни раз) меньше длительности сигнального отклика тонального сигнала. Отметим, что точность определения дистанции до цели зависит от длительности того отклика, по которому эта дистанция определяется: в данном случае это отклик специально сформированного сложного сигнала на выходе согласованного фильтра. Данный технический результат получается при совместной работе вновь введенных блоков, связей между ними и связей этих блоков с другими блоками гидролокатора.

Сущность изобретения поясняется фиг.1 и фиг.2, где на фиг.1 приведена блок-схема предложенного активного гидролокатора, на фиг.2 представлены огибающая отклика сложного сигнала на выходе согласованного фильтра (сплошная линия) и огибающая сигнального отклика тонального сигнала (штриховая линия).

Активный гидролокатор (фиг.1) содержит последовательно соединенные устройство 3 синхронизации, устройство 4 формирования тонального зондирующего сигнала, генераторное устройство 5 и излучающую акустическую антенну 1. Гидролокатор (фиг.1) содержит также последовательно соединенные приемную акустическую антенну 2, устройство 6 формирования характеристики направленности, устройство 7 обработки сигналов, устройство 8 обнаружения эхосигнала, а также устройство 13 определения дистанции до цели. Также активный гидролокатор содержит последовательно соединенные запоминающее устройство 9, устройство 10 выделения сигнального отклика тонального сигнала, модулятор 11 и согласованный фильтр 12. Вход устройства 14 формирования модулирующей функции сложного сигнала соединен с выходом устройства 10, а первый и второй выходы устройства 14 соединены со вторыми входами модулятора 11 и согласованного фильтра 12 соответственно. Вход устройства 15 выработки строба соединен с выходом устройства 8, выход устройства 7 соединен с первым входом устройства 9, первый, второй и третий выходы устройства 15 соединены со вторым входом устройства 9, вторым входом устройства 10 и первым входом устройства 13 соответственно. Второй вход устройства 13 соединен с выходом согласованного фильтра 12, а второй вход устройства 8 соединен со вторым выходом устройства 3.

Практическое исполнение блоков, входящих в изобретение, известно из практики гидроакустики и реализуется на основе применения цифровых устройств.

Блок 9 и согласованный фильтр 12 могут быть реализованы на основе технических решений, приведенных в книге Проектирование импульсных и цифровых устройств радиотехнических систем. /Гришин Ю.П., Казаринов Ю.М., Катиков В.М. и др.; Под ред. Ю.М. Казаринова. М.: Высш. шк., 1985, с.51 и 147-15.

Блоки 11, 14 выполняются с использованием технических решений, приведенных в книге Цифровые радионавигационные устройства / В.В. Барашенков, А.Е. Лутченко, Е.М. Скороходов и др.; под ред. В.Б. Смолова. М.: Сов. радио, 1980. С.196-206.

Блоки 10, 15 реализуются с использованием технических средств, описанных в книге Проектирование импульсных и цифровых устройств радиотехнических систем. / Гришин Ю.П., Казаринов Ю.М., Катиков В.М. и др.; Под ред. Ю.М. Казаринова. М.: Высш. шк., 1985. С.155-163.

Работа устройства осуществляется следующим образом. Устройство 4 формирования тонального зондирующего сигнала вырабатывает зондирующие сигналы. Гидролокатор производит излучение зондирующего сигнала с помощью генераторного устройства 5 и излучающей акустической антенны 1. Отраженный от объекта эхосигнал с выхода приемной акустической антенны 2 поступает на устройство 6 формирования характеристик направленности. С выхода устройства 6 сигнальный массив поступает на устройство 7, обеспечивающее обработку принятых сигналов и далее на устройство обнаружения эхосигнала 8. С выхода блока 7 сигнальный процесс поступает на вход запоминающего устройства 9, которое работает в режиме обновления запоминаемой информации. При обнаружении эхосигнала в устройстве выработки строба 15 вырабатывается стробирующий импульс, середина которого по времени соответствует моменту обнаружения эхосигнала, а длительность которого дает возможность, с учетом приборных ошибок сформировать в блоке 9 необходимый массив сигнального процесса, включающий на некоторой протяженности по времени как отклик тонального сигнала, так и шумы. Этот массив передается в блок 10. В блоке 10 происходит выделение сигнального отклика тонального сигнала из поступившего в блок 10 массива. На входы модулятора 11 поступают сигнальный отклик тонального сигнала в виде радиоимпульса (то есть импульса с высокочастотным заполнения) из блока 10 и модулирующая функция сложного сигнала с блока 14. С выхода блока 11 на вход согласованного фильтра 12 поступает сформированный на основе отклика тонального сигнала сложный сигнал. На другой вход блока 12 поступает модулирующая функция сложного сигнала из блока 14. В результате на выходе блока 12 возникает сжатый по длительности отклик сформированного сложного сигнала в виде огибающей радиоимпульса. Длительность отклика сложного сигнала существенно меньше сигнального отклика тонального сигнала. Этот эффект иллюстрируется на примере с помощью фиг.2.

На фиг.2 представлено:

- огибающая сигнального отклика тонального сигнала (штриховая линия), длительность T тонального зондирующего сигнала, в данном примере равна 0,5 с, длительность огибающей сигнального отклика по уровню (минус 3 дБ) от максимума равна приблизительно 0,6-T, т.е. 0,3 с;

- огибающая отклика сложного сигнала на выходе согласованного фильтра (сплошная линия), ширина полосы сформированного в данном случае сложного сигнала равна 200 Гц, длительность основного лепестка огибающей сигнального отклика сложного сигнала по уровню (минус 3 дБ) равна, соответственно, 5 мс.

Таким образом, в данном примере длительность отклика сформированного сложного сигнала в 60 раз меньше длительности отклика тонального сигнала, за счет этого и происходит существенное повышение точности определения дистанции до цели.

С выхода блока 12 огибающая отклика согласованного фильтра поступает на вход устройства 13 определения дистанции до цели. В блоке 13 производится определение интервала τ_з между моментом времени t_и, соответствующим концу излучения зондирующего сигнала, и моментом времени t_м, соответствующим максимуму выходного отклика блока 12. Далее в блоке 13 определяется дистанция до цели с использованием соотношения:

D=c·τ_з/2,

где c - скорость звука в воде.

Величина τ_з определяется в блоке 13 по соотношению:

τ_з=τ_стр+τ_м,

где τ_стр - интервал времени между концом излучения и моментом начала стробирующего импульса, измеряется в блоке 15;

τ_м - интервал времени между началом стробирующего импульса и моментом t_м, измеряется в блоке 13.

Устройство 3 управляет во времени формированием зондирующего сигнала (блок 4) и соответственно работой генераторного устройства 5, а также обеспечивает через блок 8 синхронизацию работы блоков 9, 10, 13, 14 и 15.

Использование запоминающего устройства, устройства выделения сигнального отклика тонального сигнала, устройства формирования модулирующей функции, модулятора, согласованного фильтра, устройства выработки строба, с соответствующими связями между этими блоками и связями этих блоков с другими блоками активного гидролокатора, обеспечивает повышение точности определения дистанции до цели на основе измерения времени задержки отклика на выходе согласованного фильтра для специально сформированного сложного сигнала, причем длительность этого отклика существенно меньше длительности сигнального отклика тонального сигнала.

Это позволяет считать, что заявленный технический результат достигнут.

Изобретение относится к гидроакустической технике, конкретнее к области активной гидролокации, в том числе к активным гидролокаторам, предназначенным для обнаружения объектов, измерения координат и параметров движения обнаруженных объектов. Техническим результатом изобретения является то, что обеспечивается повышение точности определения дистанции до цели. Это достигается за счет того, что определение дистанции до цели производится на основе измерения времени задержки отклика на выходе согласованного фильтра для специально сформированного (на основе отклика тонального сигнала) сложного сигнала, причем длительность этого отклика существенно меньше длительности сигнального отклика тонального сигнала. 2 ил.

Активный гидролокатор, содержащий последовательно соединенные устройство синхронизации, устройство формирования тонального зондирующего сигнала, генераторное устройство и излучающую акустическую антенну, также содержащий последовательно соединенные приемную акустическую антенну, устройство формирования характеристики направленности, устройство обработки сигналов, устройство обнаружения эхосигнала, также содержащий устройство определения дистанции до цели, отличающийся тем, что в него введены последовательно соединенные запоминающее устройство, устройство выделения сигнального отклика тонального сигнала, модулятор и согласованный фильтр, также введено устройство формирования модулирующей функции сложного сигнала и устройство выработки строба, при этом вход устройства формирования модулирующей функции сложного сигнала соединен с выходом устройства выделения сигнального отклика тонального сигнала, а первый и второй выходы устройства формирования модулирующей функции сложного сигнала соединены со вторыми входами модулятора и согласованного фильтра соответственно, вход устройства выработки строба соединен с выходом устройства обнаружения эхосигнала, выход устройства обработки сигналов соединен с первым входом запоминающего устройства, первый, второй и третий выходы устройства выработки строба соединены со вторым входом запоминающего устройства, вторым входом устройства выделения сигнального отклика тонального сигнала и первым входом устройства определения дистанции до цели соответственно, второй вход которого соединен с выходом согласованного фильтра, а второй вход устройства обнаружения эхосигнала соединен со вторым выходом устройства синхронизации.