СИСТЕМА БЕЗОПАСНОСТИ ОБЪЕКТА В ОТКРЫТОЙ АКВАТОРИИ Российский патент 2018 года по МПК G01S17/00 

Изобретение относится к области радиотехнических средств определения местоположения объектов, радиационных систем, а также к системам обеспечения безопасности объектов в водной среде.

Известно гидроакустическое устройство подводной охраны (ГУПО) «ТРАЛ-М», предназначенное для охраны мелководных и узких пресноводных акваторий, которое обеспечивает автоматическое обнаружение, классификацию и сопровождение проникших в акваторию объектов, сигнализацию на пульт оператора сообщений о них. Работает по принципу формирования и излучения в контролируемой зоне импульсных гидроакустических сигналов и последующего принятия, обнаружения и распознавания эхосигналов от движущихся подводных целей.

Также известна стационарная гидроакустическая станция «Нерпа-М», предназначенная для охраны акваторий, примыкающих к охраняемым объектам, обеспечивающая автоматическое обнаружение и сопровождение проникающих в охраняемую зону малогабаритных объектов и сигнализацию о нарушениях на пульт оператора (www.tetis-ks/catalog/229/1212).

Приведенные устройства (станции) обладают рядом недостатков, а именно:

- глубина постановки ограничена 60 м;

- толщина контролируемого гидрослоя от поверхности - до 40 м;

- длина магистрального кабеля - до 4 км;

- локация малогабаритных целей на расстоянии до 900 м;

- отсутствие функций экологического мониторинга;

- отсутствие аккумуляторной батареи;

- применение одного гидрофона, а не решетки.

Также известен «Комплекс экологического мониторинга водных объектов» по заявке RU №2012110488, состоящий из многоволнового лидара, зондирующего водную поверхность и генерирующий излучение в ближнем инфракрасном (ИК) и ультрафиолетовом (УФ) диапазонах, системы регистрации обратного излучения, а также программируемого контроллера с системами сбора, обработки и беспроводной передачи данных на удаленные интерфейсы.

Лидар размещен в водонепроницаемом контейнере и установлен на плавающей платформе, крепящейся ко дну с помощью якорей. Кроме того, комплекс содержит автономный погружной модуль с датчиками контроля гидрологических и физико-химических параметров качества воды.

Недостатками данного комплекса являются:

- применение в составе приборов импортного производства;

- узкая специализация устройства;

- отсутствие аппаратуры сбора и передачи данных на большие расстояния (более 10 км);

- отсутствие системы управления глубиной погружения комплекса;

- отсутствие функций охраны.

Отличиями предлагаемой системы безопасности объекта (СБО) от ныне существующих гидроакустических систем являются:

- кроме антитеррористических функций, система безопасности позволяет проводить экологический мониторинг параметров водной акватории на предмет загрязнения нефтегенными примесями, метаном, сероводородом, определение скорости и направления течения и др.

- применение синфазной приемной решетки гидрофонов. Одиночные чувствительные элементы позволяют выполнить временной анализ внешнего волнового поля, поэтому с ними используются только методы спектрального анализа. Антенные решетки дают возможность провести как временной, так и пространственный анализ, поэтому в этом случае применяется как спектральный анализ, так и анализ волновой векторной функции.

- использование приемного и передающего тракта гидролокации, как охранных функций, так и в качестве донных маяков гидроакустическая навигационная станция с ультракороткой базой (ГАНС УКБ) для навигации подводных аппаратов.

Это стало возможным в связи с тем, что в каждой станции есть спутниковый приемник GPS ГЛОНАСС, и перед спуском их на дно информация о координатах и времени считываются в контроллер станции.

- станции являются необслуживаемыми, что уменьшает затраты на поднятие их с целью заряда аккумуляторов.

Предлагаемая к патентованию система безопасности объектов в открытой акватории (СБО) позволяет проводить мониторинг, обнаружение, сопровождение, классификацию подводных, и надводных целей на расстоянии, достаточном для принятия решений, используя самые передовые технологии в области гидроакустики, электроники, связи, математики.

Применение СБО возможно на любом ответственном объекте, расположенном в открытой акватории или прибрежной зоне (мосты, нефтяные и газовые платформы, стационарные подводные (надводно-подводные) сооружения.

Возможности СБО:

- формирование круговой охранной зоны вокруг объекта с передачей данных в пункт управления (ПУ). Охрану обеспечивают донные гидроакустические станции кругового обзора. Выносные станции могут располагаться на расстоянии до 100 км от пункта управления. Количество станций зависит от периметра объекта, учитывая, что каждая станция СБО имеет радиус устойчивого приема около 1 км.

Все станции соединены с ПУ кабелем, по которому от станции энергетического контроля (СЭК), входящей в состав пункта управления, поступает питание, и через который по оптоволоконному кабелю коммутируется с ПУ, чем обеспечивается большая дальность прохождения информации (до 200 км) и высокая помехозащищенность (вероятность принятия пакета информации лучше 0,995).

- фото- и видеосъемка проблемных подводных участков, а также ряд других задач, которые может обеспечить автономный необитаемый подводный аппарат (АНПА). С ПУ по телеметрии для АНПА задаются маршрут, координаты назначения и цель, после чего АНПА прибывает в место назначения (на заданную глубину), выполняет поставленную задачу, передает данные в ПУ. Решить задачу по фото- и видеосъемке помогает мощная цифровая вспышка.

- сбор данных от оборудования, их математическая обработка, визуализация на мониторе уже приемлемых для отображения данных, классификация и сопровождение целей, документирование, управление по оптике оборудованием и по телеметрии АНПА, передача целеуказаний в смежные системы, выполняемые с ПУ.

Так как в подледном пространстве подводные аппараты кроме гидроакустической связи не имеют никакой другой возможности связаться со стационарным береговым ПУ, система донных гидроакустических станций, имея в составе гидроакустические модемы, транслируют эти сигналы по оптоволоконному кабелю в пункт управления, который в свою очередь через систему спутниковой связи передает информацию адресату.

Мощность потребления СБО при радиусе охранного рубежа 5 км - не более 1 кВт (включая параллельно с функционированием зарядку аккумуляторных батарей АНПА).

- определение в количественном выражении высокоплотных углеводородов (с удельной плотностью выше 1 г/мм³) методом облучения поляризованным ультрафиолетом придонного объема, определение наличия метана и сероводорода;

- определение в количественном выражении легких углеводородов (с удельной плотностью ниже 0,85 г/мм³) методом облучения ультрафиолетом поверхностного (подледного) слоя воды;

- определение скорости и направления течения на разных глубинах.

Применение цепочки СБО при питании и управления с берега позволяет организовать локальную сеть навигации с ультракороткой базой для задач координирования любых подводных аппаратов, проходящих вдоль этой цепочки (например, Северный морской путь).

Донный коммутатор, кроме диспетчерских функций, несет функции зарядного устройства для АНПА через специальный фидер, при этом расстояние между пунктом управления и донным коммутатором может доходить до 100 км без потери информационных пакетов и достаточным для питания оборудования напряжением.

На фиг. 1 показана подводная станция СБО, состоящая из:

1 - рамы, 2 - аппаратурного блока, 3 - низкочастотного излучателя, 4 - синфазной решетки гидрофонов, 5 - лебедки с кабель-тросом, 6 - анализатора буйкового, 7 - анализатора донного.

Данная модель использования способна в подледном пространстве акватории осуществлять комплексную защиту объектов в антитеррористическом и экологическом аспектах.

Применение стационарных комплексов наблюдения возможно круглогодично вне зависимости от погодных условий и ледовой обстановки.

Ключевые показатели эффективности проекта:

- круглогодичный мониторинг экологической обстановки на объекте с удалением базовой станции до 100 км от пункта управления во всем диапазоне глубин от 0 до 300 м в связи с применением магистрального оптоволоконного кабеля с питающими жилами 300 В от пункта управления до базовой станции;

- сбор всех данных на пункте управления с документированием и визуализацией;

- гидроакустическое обнаружение и сопровождение подводных целей до 5 км от охраняемого объекта;

- подводные станции организуют локальную сеть. С учетом того что каждая из них имеет координаты GPS, АНПА может воспользоваться станциями как маяками для навигации (ГАНС УКБ).

Гидроакустические комплексы имеют:

- разворачиваемую антенну с круговым обзором, буем для определения точных координат, передатчиком для поиска, разъемом для подключения кабеля от пункта управления.

- мощный цифровой сигнальный процессор DSP (digital signal processor) для анализа эхо-сигнала, цифровой процессор для функционирования и управления комплекса.

Все гидроакустические станции объединены в системе в локальную сеть со стандартным протоколом обмена с пунктом управления. Протокол обмена реализован на физическом уровне через оптоволоконную пару, что не ограничивает систему в расстояниях между пунктом управления и станциями без потери скорости (1Гбит/сек) и с хорошей помехозащищенностью.

Существует возможность перепрограммирования комплексов дистанционно через оптоволоконный кабель с пункта управления.

СБО решает следующие задачи:

- гидроакустическое обнаружение подводных целей на 1 рубеже (до 500 м от объекта);

- гидроакустическое обнаружение подводных целей на 2 рубеже (до 5 км от объекта);

- мониторинг экологической обстановки, замер необходимых химических и физических параметров водной акватории на любой глубине от 0 до 300 м;

- зарядка аккумуляторных батарей, загрузка миссии и снятие оперативной информации с АНПА из пункта управления;

- сбор всех данных на пункте управления с документированием и визуализацией;

- передача данных на пункт управления по оптоволоконному кабелю;

- передача данных целеуказания на средства поражения.

Система безопасности объекта в открытой акватории, включающая в себя донные гидролокационные станции, донный коммутатор, пункт управления, магистральный кабель, автономный необитаемый подводный аппарат, характеризуется тем, что донные гидролокационные станции, кроме локальных целей в охраняемой акватории, совмещают в себе функции постоянного экологического мониторинга окружающей среды и гидролокационных буев-ответчиков для навигации гидроакустических станций кругового обзора, не требуют обслуживания в части заряда аккумуляторных батарей. Применение стационарных комплексов наблюдения возможно круглогодично вне зависимости от погодных условий и ледовой обстановки, а сбор всех данных на пункте управления с документированием и визуализацией, при этом гидроакустическое обнаружение и сопровождение подводных целей может осуществляться на расстоянии до 5 км от охраняемого объекта, кроме того, подводные станции организуют локальную сеть. С учетом того, что каждая из них имеет координаты GPS, АНПА может воспользоваться станциями как маяками для навигации (ГАНС УКБ). Гидроакустические комплексы имеют разворачиваемую антенну с круговым обзором, буем для определения точных координат, передатчиком для поиска, разъемом для подключения кабеля от пункта управления, а также мощный процессор DSP для анализа эхо-сигнала и цифровой процессор для функционирования и управления комплекса. Все ГАС объединены в системе в локальную сеть со стандартным протоколом обмена с пунктом управления. Протокол обмена реализован на физическом уровне через оптоволоконную пару, что не ограничивает систему в расстояниях между пунктом управления и станциями без потери скорости (1Гбит/сек) и с хорошей помехозащищенностью. Существует возможность перепрограммирования комплексов дистанционно через оптоволоконный кабель с пункта управления. СБО решает следующие задачи: гидроакустическое обнаружение подводных целей на 1 рубеже (до 500 м от объекта); гидроакустическое обнаружение подводных целей на 2 рубеже (до 5 км от объекта); мониторинг экологической обстановки, замер необходимых химических и физических параметров водной акватории на любой глубине от 0 до 300 м; зарядка аккумуляторных батарей, загрузка миссии и снятие оперативной информации с АНПА из пункта управления; сбор всех данных на пункте управления с документированием и визуализацией; передача данных на пункт управления по оптоволоконному кабелю; передача данных целеуказания на средства поражения. Система безопасности объекта в открытой акватории способна в подледном пространстве акватории осуществлять также комплексную защиту объектов в антитеррористическом и экологическом аспектах. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система безопасности объекта в открытой акватории, включающая в себя донные гидролокационные станции, донный коммутатор, пункт управления, магистральный кабель, автономный необитаемый подводный аппарат, отличающийся тем, что донные гидролокационные станции, кроме локальных целей в охраняемой акватории, совмещают в себе функции постоянного экологического мониторинга окружающей среды и гидролокационных буев-ответчиков для навигации гидроакустических станций кругового обзора, могут использоваться как ретрансляторы в системе гидроакустической связи для любых подводных объектов, не требуют обслуживания в части заряда аккумуляторных батарей, кроме того, применение цепочки СБО при питании и управления с берега позволяет организовать локальную сеть навигации с ультракороткой базой для задач координирования любых подводных аппаратов, проходящих вдоль этой цепочки.

2. Система безопасности объекта в открытой акватории по п. 1, отличающаяся тем, что донный коммутатор, входящий в ее состав, кроме диспетчерских функций, несет функции зарядного устройства для автономного необитаемого подводного аппарата через двухфазный фидер, при этом расстояние между пунктом управления и донным коммутатором может доходить до 100 км без потери информационных пакетов и достаточным для питания оборудования напряжением.

3. Система безопасности объекта в открытой акватории по п. 1, отличающаяся тем, что данная модель использования работоспособна в подледном пространстве акватории осуществлять комплексную защиту объектов в антитеррористическом и экологическом аспектах.