Система противоторпедной защиты гидроакустического комплекса подводной лодки Российский патент 2018 года по МПК G01S3/80 

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в качестве гидроакустического вооружения подводных лодок военного назначения, а также при исследованиях Мирового океана.

Гидроакустические комплексы (ГАК) являются основой информационной системы подводных лодок (ПЛ); с помощью ГАК решается комплексная задача наблюдения за подводной обстановкой, включающая обнаружение, определение координат и элементов движения, классификацию различных целей.

В настоящее время сформировалась типовая структура ГАК ПЛ [1-5], включающая системы шумопеленгования, гидролокации, обнаружения гидроакустических сигналов, звукоподводной связи, миноискания, классификации и др. [5]. Функционирование ГАК ПЛ обеспечивают центральная вычислительная система (ЦВС), система отображения, регистрации, документирования и управления, включающая пультовые приборы, системы технической диагностики и электропитания.

Одной из главных задач подводного наблюдения является задача самообороны [5], причем для ПЛ основную опасность представляют торпеды различных типов [6, 7]: «дальнеходные» торпеды, которые выпускаются с дистанций в несколько километров и двигаются к цели в водной среде, и торпеды, которые основное расстояние до цели преодолевают по воздуху и выпускаются в воду в непосредственной близости от цели, исчисляемой сотнями метров. Торпеды имеют малый эквивалентный радиус, поэтому задачи обнаружения торпед в ГАК [1-5] возлагаются на систему миноискания (МИ), работающую в активном режиме в высокочастотном диапазоне, 20-30 кГц [5].

Наиболее близкой по функциональным и техническим характеристикам к предлагаемому изобретению является система миноискания, входящая в состав «Гидроакустического комплекса подводных лодок» по Патенту на полезную модель [4], в задачи которой входит обнаружение торпед. В ГАК ПЛ [4] система-прототип состоит из приемоизлучающей антенны, которая выполнена с возможностью поворота характеристики направленности (ХН) в вертикальной плоскости и соединена с генераторным устройством (ГУ) и с аппаратурой предварительной обработки (АПО). Через общую шину ГУ и АПО системы-прототипа соединены с ЦВС, через которую с пультовых приборов передаются команды управления и принимаются сигналы об обнаруженных целях.

Система-прототип может осуществлять наблюдение за подводной обстановкой, включающей обнаружение малогабаритной цели (типа торпеда), решение координатных задач, классификацию цели.

В то же время система-прототип имеет ряд недостатков:

- сектор обзора в горизонтальной плоскости охватывает только носовые углы;

- углы, относящиеся к верхней полусфере, откуда могут приходить авиационные торпеды и ракетоторпеды [7], не входят в зону обзора;

- антенна формирует однолучевую ХН, что увеличивает время обзора пространства.

Основной задачей предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей системы противоторпедной защиты (ПТЗ).

Техническими результатами использования изобретения являются:

- обеспечение полного сектора обзора (360°) в горизонтальной плоскости, что обеспечивает обнаружение цели и в кормовых углах;

- обнаружение целей в верхней полусфере по шуму приводняющихся авиаторпед или падающих ракетоторпед;

- уменьшение времени отработки на целеуказание в приеме, т.к. сигнал одновременно принимается веером ХН.

Для обеспечения указанных технических результатов в систему противоторпедной защиты гидроакустического комплекса подводной лодки, состоящую из первой приемно-излучающей антенны (ПИА1), соединенной с генераторным устройством (ГУ) и аппаратурой предварительной обработки (АПО), причем аппаратура предварительной обработки и генераторное устройство через общую шину соединены с ЦВС,

введены новые признаки, а именно:

дополнительно введены вторая приемно-излучающая антенна (ПИА2) и приемная антенна (ПА);

антенны ПИА1 и ПИА2 расположены в носовом и кормовом ограждении рубки, выполнены идентичными в виде полуцилиндров и представляют собой фазированные антенные решетки с возможностью формирования сканируемой в вертикальной и горизонтальной плоскостях характеристики направленности (ХН) в режиме излучения и формирования статического веера ХН в режиме приема;

приемная антенна расположена в верхней части ограждения рубки и выполнена с возможностью формирования четырех лучевой ХН, направленной в верхнюю полусферу и образующей в сечении горизонтальной плоскостью крест;

при этом антенны ПИА1 и ПИА2 соединены с ГУ в режиме излучения и с АПО в режиме приема, а антенна ПА соединена с АПО.

Сущность заявляемого изобретения поясняется представленной на фиг. 1 обобщенной функциональной схемой.

Система противоторпедной защиты состоит из двух идентичных приемно-излучающих антенн 3 и 4 (ПИА1, ПИАА2), располагающихся в носовой и кормовой частях ограждения рубки ПЛ. Антенны ПИА1, ПИА2 через переключатель прием/передача (не показан на фиг. 1) соединены с генераторным устройством 6 (ГУ) и с аппаратурой предварительной обработки 7 (АПО). Приемная антенна 5 (ПА) также соединена с АПО 7. ГУ 6 и АПО 7 через шины 2 гидроакустического комплекса соединены с ЦВС 1, а сигналы различного типа с ЦВС через общие шины 2 передаются (или принимаются) на все системы ГАК.

Конструктивные и иные характеристики отдельных узлов и элементов системы ПТЗ известны из литературы [5, 9].

Антенны 3-5 предназначены для преобразования акустических сигналов в электрические или электрических сигналов в акустические. Сведения о конструкциях и типах антенн представлены в [8, 9].

Генераторное устройство 6 формирует сигнал необходимой мощности, структура которого формируется ЦВС 1. Способы построения ГУ изложены, в частности, в [10].

Аппаратура предварительной обработки 7 выполняется на аналого-цифровых средствах. Основные функции АПО - усиление и фильтрация. Информация с выхода каждого АПО 7 в цифровом формате передается через общекомплексную шину 2 в ЦВС 1 [5].

Работой ГАК управляют операторы с пультовых приборов. По умолчанию основным режимом работы ГАК ПЛ является приемный, поэтому пассивный (приемный) режим системы ПТЗ оперативно включен. Активный режим (излучение) включается по команде оператора ГАК или автоматически.

Расположенные в носовом и кормовом ограждении рубки антенны 3, 4 (ПИА1, ПИА2) ориентированы максимумами ХН в направлении носа и кормы ПЛ соответственно. Поскольку раскрыв этих антенн имеет форму полуцилиндра, каждая из антенн имеет сектор обзора по горизонтали +90°. Четыре луча ХН приемной антенны 5 (ПА) ориентированы в верхнюю полусферу.

«Дальнеходная» торпеда, выпущенная с большой дистанции [7], вначале обнаруживается системой шумопеленгования ГАК [5], определяются курс торпеды и другие элементы движения. При подходе торпеды к зоне действия высокочастотной системы ПТЗ включается активный режим ПТЗ, дополнительно определяется дистанция до торпеды, уточняются ее координаты и элементы движения.

Ракетоторпеды и авиационные торпеды вначале обнаруживаются с помощью приемной антенны 5 (ПА) по звуку от падения в воду, а после включения двигателя торпеды обнаружение, определение элементов движения и выдача целеуказания производятся с помощью приемно-излучающих антенн ПИА1 или ПИА2. Данные передаются через шину 2 и ЦВС 1 в соответствующие системы ПЛ, где принимается решение об уклонении или применении оружия [6].

Введение в систему ПТЗ новых существенных признаков обеспечивает заявленный технический результат. В частности:

- в активном режиме обеспечивается выдача координат торпеды (дистанция и курсовой угол), а также элементов движения (скорость, изменение курса) во всем секторе горизонтальных углов (360°);

- с точностью до квадранта в верхней полусфере может быть обнаружена приводняющаяся ракетоторпеда или малогабаритная авиационная торпеда;

- без дополнительного сканирования или поворота ХН определяется направление на источник шума (или сигнала при работе системы самонаведения торпеды [7]).

Заявляемое изобретение расширяет технические возможности наблюдения подводной обстановки и может быть использовано в качестве информационной системы комплекса самообороны ПЛ различных типов.

Источники информации

1. Патент РФ №2281528. Гидроакустический комплекс подводной лодки. МПК G01S 15/87. Заявл. 13.10.2004, публ. 10.08.2006, бюл. 22.

2. TSM 2233. Sonar System for Submarine. Проспект фирмы Thomson Marconi Sonar, France.

3. Патент РФ на полезную модель №50004. Гидроакустический комплекс неатомной подводной лодки. МПК G01S 3/80. Заявл. 03.05.2005, публ. 10.12.2005, бюл. 34.

4. Патент РФ на полезную модель №122494. Гидроакустический комплекс подводной лодки. МПК G01S 3/80. Заявл. 05.07.2012, публ. 27.11.2012, бюл. 33 (ПРОТОТИП).

5. Корякин Ю.А., Смирнов С.А., Яковлев Г.В. Корабельная гидроакустическая техника. СПб: Наука, 2004.

6. Луцкий А.Н. О противоторпедной защите российских подводных лодок // Военное обозрение, 2013, 10 декабря.

7. Климов М. Об облике современных торпед // Арсенал Отечества, 2015. №1 (15).

8. Смарышев М.Д., Добровольский Ю.Ю. Гидроакустические антенны. Л., Судостроение, 1984.

9. Справочник по гидроакустике. Л., Судостроение, 1988.

10. Митько В.Б., Евтютов А.П., Гущин С.Е. Гидроакустические средства связи и наблюдения. Л., Судостроение, 1982.

Изобретение относится к гидроакустическим средствам самообороны подводной лодки. Техническими результатами от использования предлагаемой системы противоторпедной защиты гидроакустического комплекса подводной лодки являются увеличение сектора обзора в горизонтальной плоскости до 360° и возможность обнаружения в верхней полусфере приводняющихся ракетоторпед и авиационных торпед. Для решения поставленных задач в системе противоторпедной защиты используются две идентичные приемно-излучающие антенны, имеющие раскрыв полуцилиндрической формы и представляющие собой фазированные антенные решетки с возможностью формирования сканируемой в вертикальной и горизонтальной плоскостях характеристики направленности (ХН) в режиме излучения и формирования статического веера ХН в режиме приема, а также приемная антенна, формирующая четырехлучевую ХН, образующую в сечении горизонтальной плоскостью крест и ориентированную в верхнюю полусферу. 1 ил.

Система противоторпедной защиты гидроакустического комплекса подводной лодки, состоящая из первой приемно-излучающей антенны (ПИА1), соединенной с генераторным устройством (ГУ) и аппаратурой предварительной обработки (АПО), причем аппаратура предварительной обработки и генераторное устройство через общую шину соединены с центральной вычислительной системой (ЦВС), отличающаяся тем, что дополнительно введены вторая приемно-излучающая антенна (ПИА2) и приемная антенна (ПА), при этом антенны ПИА1 и ПИА2 расположены в носовом и кормовом ограждении рубки, выполнены идентичными в виде полуцилиндров и представляют собой фазированные антенные решетки с возможностью формирования сканируемой в вертикальной и горизонтальной плоскостях характеристики направленности (ХН) в режиме излучения и формирования статического веера ХН в режиме приема; приемная антенна расположена в верхней части ограждения рубки и выполнена с возможностью формирования четырехлучевой ХН, направленной в верхнюю полусферу и образующей в сечении горизонтальной плоскостью крест, при этом антенны ПИА1 и ПИА2 соединены с ГУ в режиме излучения и с АПО в режиме приема, а антенна ПА соединена с АПО.