Устройство передачи информации с подводной лодки бесконтактным методом Российский патент 2018 года по МПК H04B7/00 

Описание патента на изобретение RU2640577C2

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для передачи сообщений с подводной лодки, находящейся в погруженном состоянии.

При проектировании кораблей и судов особое внимание уделяется разработке аварийно-спасательных устройств для оказания помощи аварийному кораблю и спасению его личного состава. К этим устройствам относятся и средства связи для подачи сигналов с аварийного корабля и связи с кораблем, оказывающими помощь: аварийный сигнальный буй с телефоном, аварийные буи и аварийная система сигнализации.

Известен сигнальный буй для определения местоположения потерпевшей аварийной подводной лодки [патент Франции №957735, кл. В64С 9/00, 1971 г.], а также выпускное информационное устройство, содержащее приборный контейнер, заглубляющий груз с устройством его отделения [патент РФ на ПМ №94537 от 27.05.2010 г.]. Известны и др. буи [патенты РФ на ПМ №141688 от 06.05.2014 г., №148908 от 19.11.2014 г., №142232 от 20.05.2014 г., №140980 от 16.04.2014 г.] Однако подобные буи, как правило, ограничивают маневренные возможности подводных лодок и демаскируют их [Соловьев В.И. и др. Связь на море. - Л.: изд. «Судостроение», 1978 г.].

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют в известных источниках информации, что указывает на соответствие заявленного устройства условию патентоспособности «новизна».

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного объекта, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность передачи информации с ПЛ бесконтактным методом, предусматриваемым существенными признаками заявленного изобретения на достижение указанного технического результата. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности «изобретательский уровень»

Целью изобретения является передача сообщений с подводной лодки бесконтактным методом за счет считывания с поверхности воды радиолокационным приемником.

Поставленная цель достигается тем, что под водой на глубине h на днище подводной лодки расположен акустический излучатель fa, облучающий морскую поверхность снизу подводной лодки, а на рубке подводной лодки, в верхнем полупространстве, на расстоянии r от поверхности воды расположен приемопередатчик электромагнитного сигнала на рабочей частоте fe, при этом передача сообщений с подводной лодки в воздух осуществляется бесконтактным методом путем считывания с поверхности воды радиолокационным или оптическим приемником.

На фиг. 1 представлена схема размещения излучателей и приемника относительно границы раздела. Она содержит:

1 - точка расположения акустического излучателя;

2 - граница раздела воздух-вода;

3 - точка расположения приемопередатчика электромагнитного канала;

4 - корпус носителя акустического излучателя;

5 - АК акустический канал;

6 - ЭМ электромагнитный канал.

На схеме под водой на глубине h расположен акустический излучатель частоты fa, облучающий морскую поверхность снизу. В верхнем полупространстве, на расстоянии r от поверхности воды расположен приемопередатчик электромагнитного сигнала 7 на рабочей частоте fe.

В работе Шайдурова Г.Я. и др. О параметрической модуляции электромагнитной волны ультразвуком на границе раздела вода-воздух // Радиотехника и электроника. 1985. Вып. 11. С. 2136-2142, показано, что коэффициент модуляции фазы отраженной электромагнитной волной (ЭМВ) за счет механического колебательного смещения поверхности воды под действием акустического излучения с плотностью потока мощности I зависит от рабочих частот ЭМ и акустического канала как

где Ω - круговая частота акустических колебаний; I - интенсивность акустической волны.

Системное соотношение, связывающее все основные параметры канала, выводится из уравнения дальности для радиолокации. Мощность радиосигнала на входе приемника РЛС определяется в виде

где - PE - мощность на выходе антенны передатчика; r - расстояние от поверхности моря до приемника РЛС; АЕ - эффективная площадь приемопередающей антенны; - коэффициент направленности действия антенны РЛС; αE, αа - коэффициенты поглощения радиоволн в воздухе и акустического излучения в воде; σ - эффективная поверхность рассеивания поверхности моря с площадью SП, соответствующая «пятну» ультразвука на границе раздела вода-воздух.

Согласно [Шайдуров Г.Я. и др. Параметрической модуляции электромагнитной волны ультразвуком на границе раздела вода-воздух // Радиотехника и электроника. 1985. Вып. 11. С. 2136-2142] получим

где Ра - мощность акустического сигнала; Аа - эффективная площадь акустической антенны. Для случая зеркального отражения

где λЕ - длина ЭМВ.

Площадь акустического пятна на поверхности воды равна

где λа - длина акустической волны.

При подстановке (5) в (4) для зеркального отражения получим

а в случае диффузного отражения

σД=4SПR,

где R - коэффициент отражения от поверхности рассеивания.

С учетом (5) запишем

При подстановке (6) и (7) в (2) получим выражение для зеркального отражения

и для диффузионного отражения

где α=αЕа.

Введем соотношение (1), определяющее преимущество варианта зеркального отражения по сравнению с диффузным:

Например, при h=100 м, λa=0,1 м, λЕ=3⋅10-2 м, Аа=1 из (10) получим η=3,14⋅107. Проигрыш диффузного варианта можно существенно уменьшить путем повышения рабочей частоты РЛС. В этом смысле представляет интерес перенос спектра зондирующих сигналов в оптический диапазон. Так, для сине-зеленого цвета с длинной волны около 1 мкм при прочих равных условиях этот проигрыш уменьшится на 8 порядков.

На фиг. 2 приведены графики зависимости требуемой мощности акустического излучения от высоты полета летательного аппарата r и глубины погружения подводной лодки h (зеркальное отражение).

При заданном отношении сигнал/шум q необходимый уровень сигнала на выходе приемной антенны РЛС определяется как Pc=qPш, где из соотношения Больцмана для оценки уровня шума приемника используем известную формулу:

где k=1,38⋅10-23, Вт/(Гц⋅град); - температура шума приемника; Δƒ - полоса пропускания.

В этом случае из (8) и (9) имеем

Как видно из этих соотношений, высота полета борта РЛС в сильной мере зависит от отношения длины акустической и ЭМ волн, что может явиться управляющим фактором параметров канала, передачи информации. Из сравнения (12) и (13) также видно, что в случае диффузного отражения величина r существенно меньше зависит от глубины погружения подводной лодки h, что связано с увеличением размера акустического пятна на поверхности воды по мере роста глубины.

Количественные характеристики связи требуемой мощности акустического излучателя с высотой полета носителя РЛС и глубины погружения ПЛ приведены на фиг. 2 и 3. За основу расчетов приняты следующие данные: ρ=10; Δƒ=100 Гц; РЕ=100 Вт; λa=0,1 м; R=1; АЕ=1 м2; Аа=1 м2. Дополнительное увеличение энергетического потенциала требует учета рефракции акустических колебаний в слоях воды (коэффициент γ в (9), (10). Изменение угла визирования ЭМ луча Θ при пролете спутника над акустическим пятном также снижает эффективность системы.

На фиг. 4 приведены копии эпюр сигналов, полученные экспериментально на соленом озере с выхода приемника радиолокатора, работающего на частоте fЭ=10 ГГц. Рабочие частоты акустического излучателя, работавшего в телеграфном режиме, составляли 15 и 80 кГц. Глубина погружения акустического излучателя изменилась в пределах 0,9…3 м [Шайдуров Г.Я. и др. Параметрической модуляции электромагнитной волны ультразвуком на границе раздела вода-воздух // Радиотехника и электроника. 1985. Вып. 11. С. 2136-2142]. Электропроводность воды составляла σ=1,7 См/м. Цифрами на фиг. 4 отмечены различные сочетания акустических частот и глубина погружения, буквами: a - периоды включения акустического излучателя: b - периоды его выключения. Электромагнитный сигнал приемника снимался с выхода фазового детектора.

Как видно из эпюр, момент передачи единицы информации (момент включения акустического излучателя) четко отличается повышением уровня сигнала с выхода фазового детектора. Амплитуда модуляции сигнала шума обусловлена волнением поверхности воды.

Приведенные расчеты показывают возможность передачи сообщений с ПЛ в воздух бесконтактным методом, путем считывания с поверхности воды радиолокационным или оптическим приемником без использования радиобуя.

Похожие патенты RU2640577C2

название год авторы номер документа
Способ контроля маршрута движения автономного необитаемого подводного аппарата с возможностью съёма технической информации и устройство для его реализации 2018
  • Котов Антон Викторович
  • Ляпин Константин Константинович
  • Поздняков Никита Иванович
RU2713516C2
СПОСОБ ДВУСТОРОННЕЙ СВЯЗИ С ПОДВОДНЫМ ОБЪЕКТОМ 1998
  • Коновалов Ю.М.
  • Борисов В.В.
RU2134023C1
Способ передачи информации от подводного объекта на летательный аппарат 2018
  • Ляпин Константин Константинович
  • Поздняков Никита Иванович
  • Котов Антон Викторович
RU2710026C1
Способ обеспечения безопасности функционирования позиционного подводного объекта и устройство для его реализации 2018
  • Ляпин Константин Константинович
  • Иванов Борис Викторович
  • Котов Антон Викторович
RU2733646C2
СПОСОБ ОБОЗНАЧЕНИЯ ПОДВОДНОЙ ЛОДКОЙ ПОЛЫНЬИ 2019
  • Черных Андрей Валерьевич
  • Новиков Александр Владимирович
  • Винокуров Федор Владимирович
RU2733635C1
СПОСОБ ПОДАЧИ СИГНАЛОВ ОБ АВАРИИ ПОДО ЛЬДОМ С ПОМОЩЬЮ ГИДРОАКУСТИЧЕСКОГО СИГНАЛИЗАТОРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2011
  • Власенко Андрей Анатольевич
  • Зубченко Александр Георгиевич
  • Подкопаев Дмитрий Михайлович
  • Фирсанов Сергей Владимирович
  • Колмаков Игорь Александрович
RU2520985C2
АВИАЦИОННЫЙ РАДИОГИДРОАКУСТИЧЕСКИЙ БУЙ-ПЛАНЁР 2022
  • Новиков Александр Владимирович
  • Форостяный Андрей Анатольевич
  • Чикин Виталий Викторович
  • Шалдыбин Андрей Викторович
  • Жаровов Александр Клавдиевич
RU2780519C1
СПОСОБ ПРИМЕНЕНИЯ НЕОБИТАЕМОГО ПОДВОДНОГО АППАРАТА ПОДО ЛЬДОМ 2020
  • Новиков Александр Владимирович
  • Черных Андрей Валерьевич
  • Жаровов Александр Клавдиевич
RU2757006C1
СПОСОБ ПОДВОДНОГО ПРИЕМА РАДИОСИГНАЛОВ 2011
  • Шайдуров Георгий Яковлевич
RU2453037C1
СПОСОБ ДОСТАВКИ РАДИОГИДРОАКУСТИЧЕСКОГО БУЯ ЛЕТАТЕЛЬНЫМ АППАРАТОМ 2023
  • Новиков Александр Владимирович
  • Жаровов Александр Клавдиевич
RU2816334C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 640 577 C2

Реферат патента 2018 года Устройство передачи информации с подводной лодки бесконтактным методом

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано для передачи сообщений с подводной лодки, находящейся в погруженном состоянии. Технический результат состоит в передаче сообщений с подводной лодки бесконтактным методом. Технический результат достигается за счет механического колебательного смещения поверхности воды под действием акустического излучения и считывания информации с поверхности воды радиолокационным приемником. 4 ил.

Формула изобретения RU 2 640 577 C2

Устройство передачи информации с подводной лодки бесконтактным методом осуществляется за счет того, что под водой на глубине h на днище подводной лодки расположен акустический излучатель fa, облучающий морскую поверхность снизу подводной лодки, а на рубке подводной лодки в верхнем полупространстве, на расстоянии r от поверхности воды расположен приемопередатчик электромагнитного сигнала на рабочей частоте fe, при этом передача сообщений с подводной лодки в воздух производится бесконтактным методом путем считывания с поверхности воды радиолокационным или оптическим приемником.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2018 года RU2640577C2

СПОСОБ ДВУСТОРОННЕЙ СВЯЗИ С ПОДВОДНЫМ ОБЪЕКТОМ 1998
  • Коновалов Ю.М.
  • Борисов В.В.
RU2134023C1
СПОСОБ ПОДВОДНОГО ПРИЕМА РАДИОСИГНАЛОВ 2011
  • Шайдуров Георгий Яковлевич
RU2453037C1
ПОДВОДНАЯ СТАНЦИЯ 2014
  • Червякова Нина Владимировна
  • Чернявец Владимир Васильевич
  • Павлюченко Евгений Евгеньевич
  • Амирагов Алексей Славович
  • Жильцов Николай Николаевич
RU2563316C1
Изложница с суживающимся книзу сечением и с вертикально перемещающимся днищем 1924
  • Волынский С.В.
SU2012A1

RU 2 640 577 C2

Авторы

Катанович Андрей Андреевич

Половинкин Валерий Николаевич

Гомзин Владислав Геннадьевич

Черенков Анатолий Владимирович

Даты

2018-01-10Публикация

2016-05-04Подача